CN114216650A

CN114216650A - 一种可控渗流速率的水槽装置和工作方法

Info

Publication number: CN114216650A
Application number: CN202111549187.7A
Authority: CN
Inventors: 田壮才; 杨丰玮; 贾磊; 张明伟; 宋雷
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2021-12-17
Filing date: 2021-12-17
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2041-12-17
Also published as: CN114216650B

Abstract

本发明提供了一种可控渗流速率的水槽装置和工作方法,包括：水槽，水槽的内部右端安装有消波板以及垂直安装在水槽内位于其左部的抽板,水槽的底板上固定安装有实验系统。实验系统整体呈斜坡状框架，实验系统前后一分为二，其前部为气囊，其后部为土坡，土坡和气囊中间由隔层分隔开，实验系统上方设置有测量系统。水槽底部的排水孔与气囊两侧的进水孔、出水孔通过软管连接，进水孔的另一端通过软管连接液体缓冲罐，液体缓冲罐设置有水泵，软管上安装有压力传感器和调压阀。通过本发明的技术方案，可以通过控制气囊压力大小，改变切向水流速度，进而达到控制渗流大小的目的。

Description

一种可控渗流速率的水槽装置和工作方法

技术领域

本发明涉及海洋工程地质与水动力学实验领域，具体而言，特别涉及一种可控渗流速率的水槽装置和工作方法。

背景技术

沉积物再悬浮，在是一种在水体内较为普遍的物理现象，一直是现代沉积动力学的研究热点。沉积物再悬浮现象不仅与生态环境的变化，和海洋地貌的演变关系密切，同时影响着海洋工程的建设和能源开采。内孤立波与海底相互作用会引起海床内孔隙水流动。孔隙水的流动导致孔隙水和土骨架之间的运动速度不同，存在相对速度，引起不同大小的渗流，为内部细粒物质提供运移条件。因此，需要探究不同渗流速率下内孤立波对沉积物再悬浮的影响。

水槽是研究沉积物再悬浮的重要设备，但普通水槽难以控制渗流速率，因此需要能提供两种不同的实验条件的水槽，才能够满足模拟不同渗流条件。内孤立波对沉积物再悬浮的影响是常见的现象，目前对其研究较少，限制于普通水槽很难满足量化研究渗流速率的要求。因此，目前亟需一种可以控制渗流速率的水槽装置。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种可控渗流速率的水槽装置和工作方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种可控渗流速率的水槽装置,包括水槽，水槽的内部右端安装有消波板以及垂直安装在水槽内位于其左部的抽板，其中，抽板的左侧为造波区，其右侧为传波区，水槽内为上下层密度分别为 ρ1和 ρ2( ρ1＜ρ2 ) 的两层流体，造波区的下水层高度设为低于传播区的下水层高度，水槽的底板上固定安装有实验系统；

实验系统整体呈斜坡状框架，实验系统前后一分为二，其前部为气囊，其后部为土坡，土坡和气囊中间由隔层分隔开，目的是为了防止产生误差，气囊的顶部和底部分别由上支撑材料和下支撑材料包裹起来，气囊与上支撑材料的接触面有直径比土粒小的孔洞，土坡与上支撑材料的上表面均有土层，上支撑材料上有气孔，隔层底部水槽上有3个排水孔，气囊与水槽、隔层相连一侧分别有3个进水孔与出水口，排水孔、进水孔、出水孔通过软管连接，进水孔的另一端通过软管连接液体缓冲罐，液体缓冲罐设置有水泵，实验系统上方设置有测量系统；测量系统包括ADV流速仪和2个浊度计。

作为优选方案，2个浊度计依次设置在气囊和土坡上方，沉积物再悬浮程度则用悬浮物浓度值来进行描述。

作为优选方案，ADV流速仪的采集频率为每 1 s 获取 2 个流速信息。

作为优选方案，进水孔设置有3个，连接进水孔的软管上安装有压力传感器和调压阀。

一种可以控制渗流速率的水槽装置的工作方法，其特征在于,具体包括以下步骤：

S1:打开水泵的阀门，水经软管进入液体缓冲罐；

S2:根据试验要求，调节调压阀致预设定的压强，控制3个压力传感器压力大小一致，液体通过进水孔进入气囊，从出水孔离开气囊，在气囊中产生一定大小的切向水流速度，改变上方土体的渗流大小；

S3：快速抽出抽板，使其两侧产生压差而激发内孤立波；

S4：记录两个浊度计悬浮物浓度，不断改变调压阀实现多次实验。

本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：本发明通过在装满水的气囊上扎孔，水泵同时通过控制调压阀改变通入气囊的液体大小，改变气囊上方土层的渗流环境，满足改变渗流速度大小的要求，与土坡上的土层形成对照实验，观测不同渗流速率下内孤立波对沉积物再悬浮的影响，机械装置整体结构简洁、操作简单。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的俯视结构示意图；

图2为本发明实验系统结构示意图；

图3为本发明的侧视结构示意图；

图4为本发明实验系统的侧视剖面结构示意图，

其中，图1至图4中附图标记与部件之间的对应关系为：

1、消波板，2、气孔，3、浊度计，4、ADV流速仪，5、抽板，6、造波区，7、气囊，8、土坡,9、水泵，10、上支撑材料，11、水槽，12、软管，13、传波区14、调压阀，15、压力传感器，16、液体缓冲罐，17、土层，18、隔层，19、下上支撑材料，20、排水孔，21、进水孔，22、出水孔。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面结合图1至图4对本发明的实施例的可控渗流速率的水槽装置和工作方法进行具体说明。

如图1至图4所示，本发明提出了一种可控渗流速率的水槽装置,包括水槽11，水槽11的内部右端安装有消波板1以及垂直安装在水槽11内位于其左部的抽板5，其中，抽板5的左侧为造波区6，其右侧为传波区13，水槽内为上下层密度分别为 ρ1和 ρ2( ρ1＜ρ2 ) 的两层流体，造波区6的下水层高度设为低于传播区13的下水层高度，实验开始时快速抽出抽板，使其两侧产生压差而激发内孤立波。水槽11的底板上固定安装有实验系统；

实验系统整体呈斜坡状框架，实验系统前后一分为二，其前部为气囊7，其后部为土坡8，土坡8和气囊7中间由隔层18分隔开，目的是为了防止产生误差，气囊7的顶部和底部分别由上支撑材料10和下支撑材料19包裹起来，气囊7与上支撑材料10的接触面有直径比土粒小的孔洞，防止土体进入气囊7，土坡8与上支撑材料10的上表面均有土层17，上支撑材料10上有气孔2，隔层18底部水槽11上有3个排水孔20，气囊7与水槽11、隔层18相连一侧分别有3个进水孔21与出水口22，对应的排水孔20、进水孔21、出水孔22通过软管12连接，出水孔22的另一端通过软管12连接液体缓冲罐16，液体缓冲罐16设置有水泵9，实验系统上方设置有测量系统；所述测量系统包括ADV流速仪4和2个浊度计3。

2个浊度计3依次设置在气囊7和土坡8上方，浊度探头的位置选取在破波处进行放置，沉积物再悬浮程度则用悬浮物浓度值来进行描述。

ADV流速仪4的采集频率为每 1 s 获取 2 个流速信息，探头放置在传波层，通过设置探头参数，使其测量探头下 10 cm 处的流体流速。

进水孔21设置有3个，连接进水孔21的软管12上安装有压力传感器15和调压阀14，调节调压阀14致预设定的压强，控制3个压力传感器15压力大小一致，液体通过进水孔21进入气囊7，从出水孔22离开气囊7，在气囊7中产生一定大小的切向水流速度，改变上方土体的渗流大小。

S1:打开水泵9的阀门，水经软管12进入液体缓冲罐16；

S2:根据试验要求，调节调压阀14致预设定的压强，控制3个压力传感器15压力大小一致，液体通过进水孔21进入气囊7，从出水孔22离开气囊7，在气囊7中产生一定大小的切向水流速度，改变上方土体的渗流大小；

S3：快速抽出抽板5，使其两侧产生压差而激发内孤立波；

S4：记录两个浊度计3悬浮物浓度，不断改变调压阀14实现多次实验。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种可控渗流速率的水槽装置,包括水槽（11），水槽（11）的内部右端安装有消波板（1）以及垂直安装在水槽（11）内位于其左部的抽板（5），其特征在于,所述抽板（5）的左侧为造波区（6），其右侧为传波区（13），水槽（11）内为上下层密度分别为 ρ1和 ρ2( ρ1＜ρ2 )的两层流体，造波区（6）的下水层高度设为低于传播区（13）的下水层高度，水槽（11）的底板上固定安装有实验系统；

所述实验系统整体呈斜坡状框架，实验系统前后一分为二，其前部为气囊（7），其后部为土坡（8），土坡（8）和气囊（7）中间由隔层（18）分隔开，气囊（7）的顶部和底部分别由上支撑材料（10）和下支撑材料（19）包裹起来，气囊（7）与上支撑材料（10）的接触面有直径比土粒小的孔洞，土坡（8）与上支撑材料（10）的上表面均有土层（17），上支撑材料（10）上有气孔（2），隔层（18）底部水槽（11）上有3个排水孔（20），气囊（7）与水槽（11）、隔层（18）相连一侧分别有3个进水孔（21）与出水口（22），排水孔（20）、进水孔（21）、出水孔（22）通过软管（12）连接，进水孔（21）的另一端通过软管（12）连接液体缓冲罐（16），液体缓冲罐（16）设置有水泵（9），实验系统上方设置有测量系统；所述测量系统包括ADV流速仪（4）和2个浊度计（3）。

2.根据权利要求1所述的一种可控渗流速率的水槽装置,其特征在于,所述2个浊度计（3）依次设置在气囊（7）和土坡（8）上方，沉积物再悬浮程度则用悬浮物浓度值来进行描述。

3.根据权利要求1所述的一种可控渗流速率的水槽装置,其特征在于,所述ADV流速仪（4）的采集频率为每 1 s 获取 2 个流速信息。

4.根据权利要求1所述的一种可控渗流速率的水槽装置,其特征在于,所述进水孔（21）设置有3个，连接进水孔（21）的软管（12）上安装有压力传感器（15）和调压阀（14）。

5.如权利要求1所述的一种可控渗流速率的水槽装置的实施方法，其特征在于,具体包括以下步骤：

S1:打开水泵（9）的阀门，水经软管（12）进入液体缓冲罐（16）；

S2:根据试验要求，调节调压阀（14）致预设定的压强，控制3个压力传感器（15）压力大小一致，液体通过进水孔（21）进入气囊（7），从出水孔（22）离开气囊（7），在气囊（7）产生一定大小的切向水流速度，改变上方土体的渗流大小；

S3：快速抽出抽板（5），使其两侧产生压差而激发内孤立波；

S4：记录两个浊度计（3）悬浮物浓度，不断改变调压阀（14）实现多次实验。