CN114279878A

CN114279878A - 一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法

Info

Publication number: CN114279878A
Application number: CN202111506226.5A
Authority: CN
Inventors: 张文皎; 赵荥; 王仲梅; 朱超; 武彩萍; 吴国英; 来志强; 宋莉萱; 潘丽; 王嘉仪; 任艳粉; 张源; 罗立群; 陈俊杰; 李远发; 杨文丽; 黄仁杰; 李杨; 杨祎祎; 王任重
Original assignee: Yellow River Institute of Hydraulic Research
Current assignee: Yellow River Institute of Hydraulic Research
Priority date: 2021-12-10
Filing date: 2021-12-10
Publication date: 2022-04-05

Abstract

一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，主要包括以下步骤：将黏土泥浆装入黏土固结组件内部，并对黏土固结组件进行密封；启动负压排水组件对黏土固结组件内部的黏土泥浆进行脱水固结；采用移动式射流冲刷组件对脱水固结后的黏土进行射流冲刷；拆卸各组件，完成一组工况的射流冲刷试验。本发明能够极大的缩短泥沙长时间的固结排水过程，并对重塑硬质黏土进行淹没射流，可用于研究硬质黏土的水下冲刷特性及启动、扩散规律，揭示硬质黏土射流冲刷的机制，给出冲刷能力及冲刷效率的评估方法，有利于更加科学、规范地进行清淤施工运行，并且对喷射式冲刷设备的优化设计也有十分重要的帮助。

Description

一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法

技术领域

本发明属于水工模型试验技术领域，具体涉及一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法。

背景技术

在已建水库工程中，泥沙淤积是近年来非常突出的问题，尤其对于多沙河流上的水库工程，泥沙淤积情势更为严峻。泥沙淤积不仅使得很多水库降等或者淤满报废，而且即便是未达到降等或报废程度的水库，有效库容也明显减少，直接影响蓄水兴利效益的发挥，也使得不少水库防洪能力逐年降低，极易造成垮坝失事。泥沙淤积还容易堵塞水库泄洪底孔或输水洞进口，进而发生险情。为确保水库综合效益的发挥，对水库进行适当的清淤工程是必要的.

射流冲刷技术逐渐成为水库水下清淤、海底电缆管道埋设等施工中最常用的泥沙启动技术，然而黏土尤其是深水水库底部的硬质黏性土中的射流冲刷施工较为困难。因此通过水工模型试验揭示硬质黏土射流冲刷的机制，给出冲刷能力及冲刷效率的评估方法，有利于更加科学、规范地进行清淤施工运行，并且对喷射式冲刷设备的优化设计也有十分重要的帮助。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法, 该试验装置能够重塑不同固结度的硬质黏土，并能模拟不同冲刷位置、不同淹没深度、不同土质、不同靶距、不同射流喷嘴的冲刷射流工况。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，包括以下步骤：

（1）安装黏土固结组件和负压排水组件，抽负压排水组件通过排水管连接黏土固结组件；

（2）将黏土泥浆装入黏土固结组件内部，并对黏土固结组件进行密封；

（3）启动负压排水组件对黏土固结组件内部的黏土泥浆进行脱水固结；

（4）采用移动式射流冲刷组件对脱水固结后的黏土进行射流冲刷；

（5）拆卸各组件，完成一组工况的射流冲刷试验；

（6）重复步骤（2）-（5）即可完成下一组工况的射流冲刷试验。

黏土固结组件包括双层结构的固结桶，固结桶的双层结构分别为同中心线设置的内桶体和外桶体，内桶体外圆和外桶体内圆之间形成环形腔，内桶体与外桶体底部之间形成平面腔，环形腔底部与平面腔外圈连通，内桶体上端外圆与外桶体上端内圆之间设有密封连接环，平面腔内设有连接内桶体和外桶体的若干个支撑块，内桶体外圆和底部设有若干个排水细孔，内桶体内壁铺设有透水水工布，在透水水工布盛装有黏土泥浆，黏土泥浆顶部自下而上依次铺设有防水胶皮、密封薄膜和有机玻璃压板，防水胶皮和有机玻璃压板的直径略小于内桶体内径，密封薄膜上侧边向上并向外延伸固定在外桶体外圆上部将内桶体上端口密封。

抽负压排水组件包括真空泵和水气转换桶，水气转换桶顶部设有压力表，外桶体下部外侧设有与平面腔连通的管接头，水气转换桶顶部通过排水管与管接头连接，水气转换桶顶部通过抽气管与真空泵连接。

射流冲刷组件还包括水泵、门型支架、淹没桶、射流管和抱箍夹持器，固结桶放置在淹没桶内部，淹没桶高度大于固结桶外径，门型支架位于淹没桶外部，门型支架的两条支腿下端均设有支撑轮，抱箍夹持器设在门型支架的横梁上，射流管穿过并被夹持在在抱箍夹持器上，射流喷嘴安装在射流管的出口并未与抱箍夹持器正下方，射流管的进口通过软管与水泵连接，淹没桶下部设有水位调节管，水位调节管上设有调节阀。

步骤（2）具体过程为：在固结桶的内桶体内部铺设透水水工布，将黏土泥浆填入透水水工布内部，然后在黏土泥浆顶部依次放置防水胶皮、密封薄膜和有机玻璃压板，并将密封薄膜外侧边沿与外桶体外圆粘接密封。

步骤（3）具体过程为：开启真空泵，通过抽气管、水气转换桶、排水管、管接头对外桶体和内桶体之间的平面腔、环形腔抽负压，在外界大气压、黏土自身重力以及有机玻璃压板的共同作用下，黏土浆液内的水分通过透水水工布、排水细孔汇集到平面腔，再通过管接头、排水管流入到水气转换桶内，观测压力表的示数，黏土固结至所需强度后，移除抽负压排水组件和黏土上覆的防水胶皮、密封薄膜、有机玻璃压板。

步骤（4）具体过程为：将固结桶放置到淹没桶内，根据所需工况，向淹没桶内加水，水面将固结桶淹没到设定高度后停止加水；安装移动式射流冲刷组件，通过抱箍夹持器调节夹持射流管的合适位置，以调节射流喷嘴的高度；然后打开水泵，根据试验工况控制射流喷嘴流量，移动门型支架，射流喷嘴对黏土进行高压水射流试验。

步骤（5）具体过程为：移除门型支架，打开调节阀，排出淹没桶内的水体，取出固结桶，再将固结桶内的土样，一组工况的射流冲刷试验。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

固结桶为双层桶结构，其中内桶体侧壁以及底部均匀开设有若干排水细孔。外筒体外壁沿高度方向设有测深尺，内桶体和外桶体底部之间设有支撑块,确保内桶体的稳定性间通过垫片固定一定的间距，内桶体和外桶体的顶部之间通过密封连接环封闭。防水胶皮与有机玻璃压板的直径略小于内桶体内径，可在内桶中上下移动，密封薄膜上侧边固定在外桶体外部并密封，密封薄膜可随着有机玻璃压板向下移动,保证固结桶内部的密封环境。防水胶皮用于固结过程中使黏土的表面平整，有机玻璃压板可以增加黏土在脱水固结时的压载配重,提高脱水固结效率。

抽负压排水组件的真空泵用于对固结桶内抽负压,固结桶内盛装的黏土泥浆中的水分通过排水管流入到水气转换桶内,从而使黏土固结。压力表用于实时监测水气转换桶和固结桶内的气压。

射流冲刷组件的门型支架的两根支腿上安装支撑轮便于移动门型支架。门型支架的横梁中部安装抱箍夹持器，抱箍夹持器可在横梁上水平移动，并通过螺栓锁死；射流管可在抱箍夹持器内上下移动，调节射流喷嘴的高度，并通过螺栓锁死。固结桶设置在淹没桶内部，用于提供淹固结桶淹没水深条件，固结桶顶部敞口为进水口，淹没桶下部的水位调节管用于放水来调节水深。

综上所述，本发明原理科学、结构简单、实现了从硬质黏土的制备，到硬质黏土射流冲刷的全过程模拟。高硬度的黏土的制备装置，能够极大的缩短泥沙长时间的固结排水过程，并对重塑硬质黏土进行淹没射流，可用于研究硬质黏土的水下冲刷特性及启动、扩散规律，揭示硬质黏土射流冲刷的机制，给出冲刷能力及冲刷效率的评估方法，有利于更加科学、规范地进行清淤施工运行，并且对喷射式冲刷设备的优化设计也有十分重要的帮助。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中黏土固结组件的轴向剖视结构实体图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，包括以下步骤：

（1）安装黏土固结组件和负压排水组件，抽负压排水组件通过排水管17连接黏土固结组件；

（5）拆卸各组件，完成一组工况的射流冲刷试验；

黏土固结组件包括双层结构的固结桶1，固结桶1的双层结构分别为同中心线设置的内桶体2和外桶体3，内桶体2外圆和外桶体3内圆之间形成环形腔4，内桶体2与外桶体3底部之间形成平面腔5，环形腔4底部与平面腔5外圈连通，内桶体2上端外圆与外桶体3上端内圆之间设有密封连接环6，平面腔5内设有连接内桶体2和外桶体3的若干个支撑块7，内桶体2外圆和底部设有若干个排水细孔8，内桶体2内壁铺设有透水水工布9，在透水水工布9盛装有黏土泥浆，黏土泥浆顶部自下而上依次铺设有防水胶皮10、密封薄膜11和有机玻璃压板12，防水胶皮10和有机玻璃压板12的直径略小于内桶体2内径，密封薄膜11上侧边向上并向外延伸固定在外桶体3外圆上部将内桶体2上端口密封。

抽负压排水组件包括真空泵13和水气转换桶14，水气转换桶14顶部设有压力表15，外桶体3下部外侧设有与平面腔5连通的管接头16，水气转换桶14顶部通过排水管17与管接头16连接，水气转换桶14顶部通过抽气管18与真空泵13连接。

射流冲刷组件还包括水泵（图未示）、门型支架19、淹没桶20、射流管21、射流喷嘴24和抱箍夹持器22，固结桶1放置在淹没桶20内部，淹没桶20高度大于固结桶1外径，门型支架19位于淹没桶20外部，门型支架19的两条支腿下端均设有支撑轮23，抱箍夹持器22设在门型支架19的横梁上，射流管21穿过并被夹持在在抱箍夹持器22上，射流喷嘴24安装在射流管21的出口并未与抱箍夹持器22正下方，射流管21的进口通过软管25与水泵连接，淹没桶20下部设有水位调节管26，水位调节管26上设有调节阀27。

步骤（2）具体过程为：在固结桶1的内桶体2内部铺设透水水工布9，将黏土泥浆填入透水水工布9内部，然后在黏土泥浆顶部依次放置防水胶皮10、密封薄膜11和有机玻璃压板12，并将密封薄膜11外侧边沿与外桶体3外圆粘接密封。

步骤（3）具体过程为：开启真空泵13，通过抽气管18、水气转换桶14、排水管17、管接头16对外桶体3和内桶体2之间的平面腔5、环形腔4抽负压，在外界大气压、黏土自身重力以及有机玻璃压板12的共同作用下，黏土浆液内的水分通过透水水工布9、排水细孔8汇集到平面腔5，再通过管接头16、排水管17流入到水气转换桶14内，观测压力表15的示数，黏土固结至所需强度后，移除抽负压排水组件和黏土上覆的防水胶皮10、密封薄膜11、有机玻璃压板12。

步骤（4）具体过程为：将固结桶1放置到淹没桶20内，根据所需工况，向淹没桶20内加水，水面将固结桶1淹没到设定高度后停止加水；安装移动式射流冲刷组件，通过抱箍夹持器22调节夹持射流管21的合适位置，以调节射流喷嘴24的高度；然后打开水泵，根据试验工况控制射流喷嘴24流量，移动门型支架19，射流喷嘴24对黏土进行高压水射流试验。

步骤（5）具体过程为：移除门型支架19，打开调节阀27，排出淹没桶20内的水体，取出固结桶1，再将固结桶1内的土样，一组工况的射流冲刷试验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，本实施例中的叙述的各部件的设置位置及相应方向，仅仅便于本领域技术人员对技术方案的理解，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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

1.一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

（5）拆卸各组件，完成一组工况的射流冲刷试验；

2.根据权利要求1所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：黏土固结组件包括双层结构的固结桶，固结桶的双层结构分别为同中心线设置的内桶体和外桶体，内桶体外圆和外桶体内圆之间形成环形腔，内桶体与外桶体底部之间形成平面腔，环形腔底部与平面腔外圈连通，内桶体上端外圆与外桶体上端内圆之间设有密封连接环，平面腔内设有连接内桶体和外桶体的若干个支撑块，内桶体外圆和底部设有若干个排水细孔，内桶体内壁铺设有透水水工布，在透水水工布盛装有黏土泥浆，黏土泥浆顶部自下而上依次铺设有防水胶皮、密封薄膜和有机玻璃压板，防水胶皮和有机玻璃压板的直径略小于内桶体内径，密封薄膜上侧边向上并向外延伸固定在外桶体外圆上部将内桶体上端口密封。

3.根据权利要求2所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：抽负压排水组件包括真空泵和水气转换桶，水气转换桶顶部设有压力表，外桶体下部外侧设有与平面腔连通的管接头，水气转换桶顶部通过排水管与管接头连接，水气转换桶顶部通过抽气管与真空泵连接。

4.根据权利要求3所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：射流冲刷组件还包括水泵、门型支架、淹没桶、射流管和抱箍夹持器，固结桶放置在淹没桶内部，淹没桶高度大于固结桶外径，门型支架位于淹没桶外部，门型支架的两条支腿下端均设有支撑轮，抱箍夹持器设在门型支架的横梁上，射流管穿过并被夹持在在抱箍夹持器上，射流喷嘴安装在射流管的出口并未与抱箍夹持器正下方，射流管的进口通过软管与水泵连接，淹没桶下部设有水位调节管，水位调节管上设有调节阀。

5.根据权利要求4所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：步骤（2）具体过程为：在固结桶的内桶体内部铺设透水水工布，将黏土泥浆填入透水水工布内部，然后在黏土泥浆顶部依次放置防水胶皮、密封薄膜和有机玻璃压板，并将密封薄膜外侧边沿与外桶体外圆粘接密封。

6.根据权利要求5所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：步骤（3）具体过程为：开启真空泵，通过抽气管、水气转换桶、排水管、管接头对外桶体和内桶体之间的平面腔、环形腔抽负压，在外界大气压、黏土自身重力以及有机玻璃压板的共同作用下，黏土浆液内的水分通过透水水工布、排水细孔汇集到平面腔，再通过管接头、排水管流入到水气转换桶内，观测压力表的示数，黏土固结至所需强度后，移除抽负压排水组件和黏土上覆的防水胶皮、密封薄膜、有机玻璃压板。

7.根据权利要求6所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：步骤（4）具体过程为：将固结桶放置到淹没桶内，根据所需工况，向淹没桶内加水，水面将固结桶淹没到设定高度后停止加水；安装移动式射流冲刷组件，通过抱箍夹持器调节夹持射流管的合适位置，以调节射流喷嘴的高度；然后打开水泵，根据试验工况控制射流喷嘴流量，移动门型支架，射流喷嘴对黏土进行高压水射流试验。

8.根据权利要求7所述的一种应用于硬质黏土射流冲刷的试验方法，其特征在于：步骤（5）具体过程为：移除门型支架，打开调节阀，排出淹没桶内的水体，取出固结桶，再将固结桶内的土样，一组工况的射流冲刷试验。