CN207248662U - 一种野外河岸原位测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种野外河岸原位测试装置，涉及户外测量技术领域。本实用新型的测试装置包括：冲刷设备和引水设备；冲刷设备包括U型挡板、与U型挡板下沿连接的底板以及在与U型挡板的中部板壁相对的一侧设置的水平插板；水平插板所在水平面的高度高于底板所在水平面的高度，水平插板与底板通过斜板连接；U型挡板的板壁上开设有进水口和出水口，出水口处设有控水部件；引水设备的入口连接水源，引水设备的出口与进水口连通；U型挡板、底板及斜板形成冲刷槽；引水设备将水流引入冲刷槽内，水平插板插入待测土体中，冲刷槽内的水流冲刷待测土体以模拟水流冲刷河岸的自然现象。本实用新型装置测量结果准确、携带方便且成本较低。

Description

一种野外河岸原位测试装置

技术领域

本实用新型涉及户外测量技术领域，尤其涉及一种野外河岸原位测试装置。

背景技术

冲积河床在近岸水流冲刷及重力作用下，造成岸坡侵蚀、河岸崩塌，当冲淤变化不平衡时，河型将产生变化，同时滨河植被也将产生演替变化。

近年来，越来越多的专家学者对不同类型土壤的抗冲性与坡度、地表盖度、植被类型以及植物根系等相关特性进行了试验研究。研究发现不同类型土地利用下，土壤抗冲性存在较大差异，并提出通过测定土壤的抗冲指数来分析土壤的抗冲性能。由于青藏高原特殊的气候条件和复杂的地形地貌，关于冲积河流河岸侵蚀的试验研究需克服诸多困难。针对河流边岸崩塌侵蚀特征，适宜的冲刷装置、冲刷水流流速的设置以及对不同物质组成河岸冲蚀量的测定是野外河岸原位冲刷试验的技术关键，是研究河岸蚀退及河流演变的重要前提，也是有待进一步解决的问题之一。

土体冲刷试验装置主要通过人工模拟不同流速的径流原位冲刷河岸土体，可以在单位时间内测定不同物质组成河岸的蚀退量，分析较短周期内河岸的蚀退过程、产流过程和崩塌过程，并评价植物根系固结土体性能，具有方便、可控的优点，便于研究不同因素之间的内在影响机制。经查阅大量文献资料发现，目前国内外对土体冲刷装置已有很长时间的研究和应用，而大部分试验均为室内模拟试验，主要测试的是人工制作的试验体在水流冲刷作用下土颗粒的迁移特性以及整个土体的破坏规律。但是研究河流侵蚀河岸的蚀退机理，重点在于掌握河流的侵蚀特点以及河岸原位土体的抗蚀特性。目前，在相对较少的野外原位冲刷试验研究中，对水流速度、冲刷时间和不同河岸物质组成等影响因素的调控和测试方法相对单薄。

根据目前掌握的资料，现有的冲刷测试装置和测试方法不能满足试验要求，而对于部分河流作用典型的地区主要集中在河流的上游地区或气候恶劣的高寒山区，其地形条件复杂多变，缺乏供水设施等。为在野外原位测定河岸物质在单位时间内不同条件下的蚀退量，需要采用适宜野外复杂地形和气候条件的便携式原位冲刷测试装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种野外河岸原位测试装置，主要目的是提供适宜野外复杂地形和气候的便携式原位测试装置。

为达到上述目的，本实用新型主要提供了如下技术方案：

一方面，本实用新型实施例提供了一种野外河岸原位测试装置，所述装置包括：冲刷设备和引水设备；所述冲刷设备包括U型挡板、与U型挡板下沿连接的底板以及在与U型挡板的中部板壁相对的一侧设置的水平插板；所述水平插板所在水平面的高度高于所述底板所在水平面的高度，所述水平插板与所述底板通过斜板连接；所述U型挡板的板壁上开设有进水口和出水口，所述出水口处设有控水部件；

所述引水设备的入口连接水源，所述引水设备的出口与所述进水口连通；

所述U型挡板、所述底板及所述斜板形成冲刷槽；

所述引水设备将水流引入所述冲刷槽内，所述水平插板插入待测土体中，所述冲刷槽内的水流冲刷所述待测土体以模拟水流冲刷河岸的自然现象。

作为优选，所述进水口设于所述U型挡板的一侧壁上，所述出水口设于另一侧壁上；

靠近所述进水口的所述冲刷槽的一端内设隔板，所述隔板将所述冲刷槽隔成实际冲刷槽和缓流区；所述水平插板的长度与所述实际冲刷槽的长度相等；

所述U型挡板靠近所述缓流区的侧挡板具有延伸挡板；靠近缓流区的U型挡板、所述延伸挡板、底板及隔板形成缓流槽；

引入的水流通过所述进水口流入所述缓流槽，当所述缓流槽内的液位高于所述隔板的高度后，水自动流入所述实际冲刷槽，所述实际冲刷槽内的液位高于所述斜板的高度后，水流冲刷所述待测土体。

作为优选，所述隔板焊接于所述冲刷槽内；所述底板与所述水平插板之间的垂直距离和所述隔板的高度相同。

作为优选，所述控水部件由焊接于出水口周边的卡槽和插入所述卡槽中的控水挡板组成，所述控水挡板在所述卡槽内上下移动以调节出水流量。

作为优选，所述装置包括冲刷槽支撑杆，所述支撑杆为钢钎，数量为4个；一水平方向的钢钎与一竖直方向的钢钎通过铁丝呈十字型捆绑固定，所述水平方向的钢钎插入待测河岸土体中，所述竖直方向的钢钎插入河底土体中。

作为优选，所述装置包括挂钩，所述挂钩设于所述U型挡板的中部板壁上，所述挂钩通过尼龙绳与插入冲刷岸岸边的钢钎固定以固定冲刷槽。

作为优选，所述引水设备的入口通过引水管线与过滤设备连通，所述过滤设备插入河岸水体中；所述引水设备的出口通过出水管线与所述进水口连通；所述出水管线上设有控水阀。

作为优选，所述进水口的形状为圆形，直径为5cm-6cm；所述出水口的形状为方形，尺寸为5cm×8cm；

所述装置包括径流桶，其用于盛放从所述出水口放出的冲刷过待测土体的含沙水。

作为优选，所述冲刷槽与所述水平插板的材质均为不锈钢，所述不锈钢的厚度为2mm；所述斜板与所述底板的夹角为40°-50°。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的野外河岸原位冲刷测试装置与方法，开展野外天然河岸的原位冲刷试验，结合水流冲刷河岸的实际情况，综合考虑试验过程中各项影响因素，在确保试验结果准确可靠的情况下，结合野外实地调查和对现有冲刷试验装置的了解，确定采用原位冲刷试验，观察不同组成成分的河岸土体在水流作用下的运移规律以及河岸土体崩塌的临界条件，促使水流冲刷过程更加接近野外自然冲刷状况，从而使得到的冲刷数据更加准确与可靠，并且本实用新型的测试装置使用方便，测量准确，成本较低。

附图说明

图1是本实用新型实施例1提供的野外河岸原位测试装置的立体结构示意图；

图2是本实用新型实施例2提供的野外河岸原位测试装置的立体结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的野外河岸原位测试装置的控水部件平面示意图；

图4是本实用新型实施例提供的野外河岸原位测试装置的侧视图；

图5是本实用新型实施例提供的河岸剖面10-20cm处颗粒级配曲线图。

附图标记：

1.冲刷设备，101.U型挡板.102.底板，103.斜板，104.水平插板，105.隔板，106.延伸挡板，107.进水口，108.出水口，109.控水部件，1091.卡槽，1092.控水挡板，110.冲刷槽，1101.实际冲刷槽，1102.缓流槽；

2.引水设备，201.泵，202.入口，203.出口，204.过滤设备，205.控水阀；

3.径流桶,4.钢钎，5.挂钩。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本实用新型申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1

如图1所示，一种野外河岸原位测试装置，包括：冲刷设备1和引水设备2；上述冲刷设备1包括U型挡板101、与U型挡板101下沿连接的底板102以及在与U型挡板101的中部板壁相对的一侧设置的水平插板104；上述水平插板104所在水平面的高度高于上述底板102所在水平面的高度，上述水平插板104与上述底板102通过斜板103连接；上述U型挡板101的板壁上开设有进水口107和出水口108，上述出水口108处设有控水部件109；上述引水设备2的入口202连接水源，上述引水设备的出口203与上述进水口107连通；上述U型挡板101、上述底板102及上述斜板103形成冲刷槽110；上述引水设备2将水流引入上述冲刷槽110内，上述水平插板104插入待测土体中，上述冲刷槽110内的水流冲刷上述待测土体以模拟水流冲刷河岸的自然现象。

实施例2

如图2所示，一种野外河岸原位测试装置，包括：冲刷设备1和引水设备2；上述冲刷设备1包括U型挡板101、与U型挡板101下沿连接的底板102以及在与U型挡板101的中部板壁相对的一侧设置的水平插板104；上述水平插板104所在水平面的高度高于上述底板102所在水平面的高度，上述水平插板104与上述底板102通过斜板103连接；上述U型挡板101的板壁上开设有进水口107和出水口108，上述出水口108处设有控水部件109；上述引水设备2的入口202连接水源，上述引水设备的出口203与上述进水口107连通；上述U型挡板101、上述底板102及上述斜板103形成冲刷槽110；上述进水口107设于上述U型挡板的一侧壁上，上述出水口108设于另一侧壁上；靠近上述进水口107的上述冲刷槽110的一端内设隔板105，上述隔板105将上述冲刷槽110隔成实际冲刷槽1101和缓流区；上述U型挡板靠近上述缓流区的侧挡板具有延伸挡板106；靠近缓流区的U型挡板、上述延伸挡板106、底板102及隔板105形成缓流槽1102；上述水平插板104的长度与上述实际冲刷槽1102的长度相等；上述水平插板104插入待测土体中，上述引水设备2将水流引入上述缓流槽，当上述缓流槽1102内的液位高于上述隔板105的高度后，水自动流入上述实际冲刷槽1101，上述实际冲刷槽1101内的液位高于上述斜板103的高度后，水流冲刷上述待测土体以模拟水流冲刷河岸的自然现象。

作为上述实施例的优选，上述隔板105焊接于上述冲刷槽110内；上述底板102与上述水平插板104之间的垂直距离和上述隔板105的高度相同，隔板105高度的设计主要是用于稳定初始进水水流，底板与水平插板之间的垂直距离和隔板相同的高度设计主要是方便冲刷槽的制作，如图1和图2所示。

作为上述实施例的优选，上述控水部件109用于控制水的流量，上述控水部件可以是阀门或挡板；优选的，上述控水部件由焊接于出水口周边的卡槽1091和插入上述卡槽中的控水挡板1092组成，如图3所示，上述控水挡板1092在上述卡槽1091内上下移动，通过调节出水口108尺寸调节出水流量。

作为上述实施例的优选，如图4所示，上述装置包括冲刷槽支撑杆，上述支撑杆为钢钎4，数量为4个；一水平方向的钢钎与一竖直方向的钢钎通过铁丝呈十字型捆绑固定，如图4所示，上述水平方向的钢钎插入待测河岸土体中，上述竖直方向的钢钎插入河底土体中。

作为上述实施例的优选，如图4所示，上述装置包括挂钩5，上述挂钩设于上述U型挡板的中部板壁上，上述挂钩通过尼龙绳与插入冲刷岸岸边的钢钎固定连接，通过挂钩的设计冲刷设备与土体接触更加稳固。

作为上述实施例的优选，如图2所示，上述引水设备2的入口202通过引水管线与过滤设备204连通，上述过滤设备插入河岸水体中，过滤设备可过滤掉河水中较大杂物；上述引水设备2的出口203通过出水管线与上述进水口107连通；上述出水管线上设有控水阀205，上述控水阀用于控制引入冲刷设备1内的水流量。

作为上述实施例的优选，如图1和图2所示，冲刷槽整体长度为120cm，高度为45cm，宽度40cm；其中缓流槽长度为20cm，宽度为25cm，缓流槽挡水板高度为5cm；槽底底板宽度为10cm，槽底底板与水平插板之间的垂直距离为5cm，水平插板的宽度为25cm，安装冲刷槽时水平插板将插入河岸土体中最少15cm；U型挡板两侧的挡水板的高度为43cm，宽度为30cm，进水口为直径6cm的圆孔，出水口为5cm×8cm方形孔；冲刷槽支撑杆采用四根1.5m长的钢钎，分别插入河岸和河底土体中，两两呈十字型用铁丝捆绑固定；上述装置还包括径流桶3，其用于盛放从上述出水口放出的冲刷过待测土体的含沙水。

作为上述实施例的优选，上述冲刷槽与上述水平插板的材质均为不锈钢，上述不锈钢的厚度为2mm；上述斜板与上述底板的夹角(即坡度)为40°-50°，优选45°，采用该角度方便冲刷下来的河岸土体颗粒及时落入水槽底部从出水口冲出。

实施例3

上述实施例2的野外河岸原位测试装置的使用方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1、试验位于青海省黄南州河南县以南约50km的黄河支流兰木措曲弯曲河流，选取典型的河岸，河岸长度150cm以上，河岸高度70cm以上(河岸剖面土体不发育纵向裂隙且无鼠洞)，将河岸剖面处理平整；

步骤2、使用长切土刀在冲刷槽水平板插入位置挖取插槽，安装冲刷设备，将水平方向的钢钎插入待测河岸土体中，将竖直方向的钢钎紧靠冲刷槽U型挡板插入河底土体中；

步骤3、选取易于抽取河水的位置安装水泵，调节水泵功率和阀门，使水速达到预设水流冲刷流速后关闭水泵；

步骤4、关闭U型挡板上的出水口，启动水泵，先在冲刷槽中注水，当水深达到冲刷槽底面以上20cm左右时上提挡水板，在进水的同时放水，让冲刷槽中冲刷河岸土体的水流速度达到设定要求、水量保持基本衡定，用径流桶收集含泥沙水；

步骤5、设定河岸冲刷总时间，分别在设定的时间节点用样品瓶收集水样并检测；

步骤6、过滤烘干收集的水样，称取泥沙质量，按比例求取整桶泥沙的质量；

通过对实施例3收集水样进行检测，其检测数据如表1所示。

表1.水样过滤试验数据记录表

时间/min	0.25	0.5	1	2	3	4	5	7
									水沙比/％	0.0188	0.0078	0.0051	0.0040	0.0055	0.0050	0.0037	0.0032
总泥沙量/g	1.0647	0.4417	0.5768	0.9082	1.2339	1.1246	0.8267	1.4330
									时间/min	10	15	20	30	40	50	60	CK
水沙比/％	0.0035	0.0041	0.0028	0.0046	0.0036	0.0039	0.0034	0.0028
									总泥沙量/g	2.3886	4.6241	3.1899	10.3448	8.1835	8.8438	7.6935	0.013

步骤7、冲刷完成后收集槽底所有的沉积砂砾做颗粒级配，确定颗粒级配；

对自然烘干后的沙粒样进行筛分试验，通过孔径为40mm筛子的土样质量比为100％，通过孔径为2mm筛子的土样质量比为50.3％，土颗粒最小粒径>0.011mm,颗粒级配曲线图见图1；

步骤8、采用三维激光扫描仪测定水流冲刷前后的河岸形貌；

步骤9、在冲刷岸边取3组土样，测定土样的抗剪强度指标、密度、含水率、根面积比。

所取三组土样的抗剪强度指标、密度、含水率、根面积比以平均值为准，如表2所示。

表2.冲刷河岸土样相关参数

土样编号	粘聚力c/kPa	内摩擦角Φ/°	密度/g/cm3	含水率/％	根面积比/％
						Ⅲ-3	11.83	18.2	1.49	52.12	0.08

本实用新型的目的在于提供野外河岸原位冲刷测试装置与测试方法，开展野外天然河岸的原位冲刷试验；结合水流冲刷河岸的实际情况，综合考虑试验过程中各项影响因素，在确保试验结果准确可靠的情况下，结合野外实地调查和对现有冲刷试验装置的了解，确定采用原位冲刷试验，观察不同组成成分的河岸土体在水流作用下的运移规律以及河岸土体崩塌的临界条件；促使水流冲刷过程更加接近野外自然冲刷状况，从而使得到的冲刷数据更加准确与可靠。本实用新型的测试装置安装方便、携带方便、测量准确、成本较低，适合推广使用。

本实用新型实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。

以上公开的仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述装置包括：冲刷设备和引水设备；

所述冲刷设备包括U型挡板、与U型挡板下沿连接的底板以及在与U型挡板的中部板壁相对的一侧设置的水平插板；所述水平插板所在水平面的高度高于所述底板所在水平面的高度，所述水平插板与所述底板通过斜板连接；所述U型挡板的板壁上开设有进水口和出水口，所述出水口处设有控水部件；

所述引水设备的入口连接水源，所述引水设备的出口与所述进水口连通；

所述U型挡板、所述底板及所述斜板形成冲刷槽；

所述引水设备将水流引入所述冲刷槽内，所述水平插板插入待测土体中，所述冲刷槽内的水流冲刷所述待测土体以模拟水流冲刷河岸的自然现象。

2.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述进水口设于所述U型挡板的一侧壁上，所述出水口设于另一侧壁上；

靠近所述进水口的所述冲刷槽的一端内设隔板，所述隔板将所述冲刷槽隔成实际冲刷槽和缓流区；所述水平插板的长度与所述实际冲刷槽的长度相等；

所述U型挡板靠近所述缓流区的侧挡板具有延伸挡板；靠近缓流区的U型挡板、所述延伸挡板、底板及隔板形成缓流槽；

引入的水流通过所述进水口流入所述缓流槽，当所述缓流槽内的液位高于所述隔板的高度后，水自动流入所述实际冲刷槽，所述实际冲刷槽内的液位高于所述斜板的高度后，水流冲刷所述待测土体。

3.根据权利要求2所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述隔板焊接于所述冲刷槽内；所述底板与所述水平插板之间的垂直距离和所述隔板的高度相同。

4.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述控水部件由焊接于出水口周边的卡槽和插入所述卡槽中的控水挡板组成，所述控水挡板在所述卡槽内上下移动以调节出水流量。

5.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述装置包括冲刷槽支撑杆，所述支撑杆为钢钎，数量为4个；一水平方向的钢钎与一竖直方向的钢钎通过铁丝呈十字型捆绑固定，所述水平方向的钢钎插入待测河岸土体中，所述竖直方向的钢钎插入河底土体中。

6.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述装置包括挂钩，所述挂钩设于所述U型挡板的中部板壁上，所述挂钩通过尼龙绳与插入冲刷岸岸边的钢钎固定以固定冲刷槽。

7.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述引水设备的入口通过引水管线与过滤设备连通，所述过滤设备插入河岸水体中；所述引水设备的出口通过出水管线与所述进水口连通；所述出水管线上设有控水阀。

8.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述进水口的形状为圆形，直径为5cm-6cm；所述出水口的形状为方形，尺寸为5cm×8cm；

所述装置包括径流桶，其用于盛放从所述出水口放出的冲刷过待测土体的含沙水。

9.根据权利要求1所述的一种野外河岸原位测试装置，其特征在于，所述冲刷槽与所述水平插板的材质均为不锈钢，所述不锈钢的厚度为2mm；所述斜板与所述底板的夹角为40°-50°。