CN215405856U - 模型沙沉积及冲刷起动试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，其中，包括：沙样固结装置，包括收集盒，所述收集盒内沉积有固结的模型沙；固结沙起动试验水槽，包括：水槽本体，所述水槽本体的上游具有进水孔，下游具有出水孔，中游具有用于安装所述收集盒的铺沙槽；图像采集装置，布置在所述水槽本体上方，用于采集所述收集盒内的固结模型沙的冲刷起动图像或视频。

Description

模型沙沉积及冲刷起动试验装置

技术领域

本实用新型涉及模型沙冲刷起动物理模型试验技术领域，尤其涉及一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置。

背景技术

在动床河工模型中，床沙材料的选取须依据泥沙的起动特性与原型相似，因此床沙材料多为轻质沙，偶有天然沙，这些床沙材料统称为模型沙。模型沙使用前需要进行充分的加水浸泡才能铺进河道模型中进行试验。

新采购的模型沙，在使用前需复核或者率定其冲刷参数，特别是起动流速的大小，但由于较细颗粒的模型沙有一定的粘结力，随着浸泡沉积时间的不同，含水率等固结特征亦会有改变，因此固结时间的长短不同时，起动流速也会有所改变，一般随着沉积时间的增加起动流速亦会有所增加，为摸清模型沙的基本特性，选取合适的沉积固结时间，这就需要进行一些前期检测试验。

目前，制备固结的模型沙，大都采用在冲刷起动水槽中直接铺沙加水后进行封闭性浸泡，到达指定的浸泡时间后，可以完成一组起动试验。但每次沉积所需要的时间为几小时或者几天，每种沙样需要进行多组试验，因此，冲刷水槽就会长时间(如一个月或更长)处于占用状态，不但影响冲刷起动水槽设施的使用效率，也大大延长了前期测试的时间。现在也有在单独泡沙池中浸泡沉积后再铺进水槽进行起动试验的方法，但该方法由于对沙样的扰动较大，容易造成沙样松散，对起动流速测试的准确度影响较大。另外目前起动流速的判断，多以肉眼观察为主，起动流速的判定精度亦不高。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，以解决相关模型沙沉积固结制备效率较低以及起动流速判定精度不高的问题。

根据本实用新型实施例，提供一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，其中，包括：

沙样固结装置，包括收集盒，所述收集盒内沉积有固结的模型沙；

固结沙起动试验水槽，包括水槽本体，所述水槽本体的上游具有进水孔，下游具有出水孔，中游具有用于安装所述收集盒的铺沙槽；

图像采集装置，布置在所述水槽本体上方，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频。

进一步地，所述沙样固结装置还包括沉积桶，所述沉积桶包括：

侧面开孔或一侧面全通的容器，所述容器上开有第二出水管和第三出水管，所述第二出水管上装有第二阀门，所述第三出水管上装有第三阀门；

密封门，可开合地安装在所述孔或一侧面全通上；

其中，所述收集盒可拆卸地从所述孔或一侧面全通处装入，所述第二出水管和第三出水管分别位于所述收集盒的上下两侧。

进一步地，所述密封门的一端通过旋转合页安装在所述容器上，另一端通过固定锁扣可开合地安装在所述容器上，所述密封门与所述容器之间设置有密封条。

进一步地，所述容器的外壁安装有计时器和水尺。

进一步地，还包括用于对固结沙样进行物理分割的割刀。

进一步地，所述沙样固结装置还包括用于制备固结沙的搅拌箱，所述搅拌箱包括：

箱体，所述箱体上开有加沙口和注水口；

搅拌旋桨，伸入所述箱体内；

第一出水管，安装在所述箱体的下部；

第一阀门，安装在所述第一出水管上。

进一步地，所述沙样固结装置还包括用于支撑所述搅拌箱的固定台。

进一步地，所述固结沙起动试验水槽还包括：

栅板，固定在所述水槽本体中且位于所述进水孔后；

沉沙池，设置在所述水槽本体中且位于所述栅板后；

平面闸门，设置在所述水槽本体中且位于所述出水孔前。

进一步地，所述图像采集装置包括：

相机，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频；

光聚焦灯，用于为所述相机提供光源。

进一步地，还包括：

水位测针，用于测量所述铺沙槽上方的水位；

流速测杆，用于测量所述铺沙槽上方的流速。

本实用新型的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

由上述实施例可知，本实用新型因为采用子母盒原理(收集盒可认为是子盒，铺沙槽可认为是母盒)，克服了传统试验需要长时间占用冲刷水槽的弊端，通过同时制备多个沙样的方式，不但提高了水槽利用效率，固结沙样的制备效率也大幅提高。借助于图像采集装置，克服了以往借助于肉眼观察且无法大量记录和准确比对的缺点，将沙样的运动全过程进行视频储存，对于沙样起动试验结果的准确度的提升有较好的效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1为根据一示例性实施例示出的沙样固结装置结构示意图。

图2为根据一示例性实施例示出的沉积桶立面结构图。

图3为图2的A-A剖面俯视图。

图4为根据一示例性实施例示出的冲刷起动试验水槽结构示意图。

图5为根据一示例性实施例示出的冲刷起动试验水槽立面结构图。

图中的附图标记有：

搅拌箱1、搅拌旋桨11、加沙口12、注水口13、第一出水管14、第一阀门15、软管16、固定台17；

沉积桶2、固定锁扣20、计时器21、水尺22、第二出水管23、第二阀门24、第三出水管25、第三阀门26、旋转合页27、密封条28、封闭门29；

收集盒3、隔板31、U型拉杆32、割刀33、滚轴34；

水槽本体4、进水孔41、沉沙池42、出水孔43、平面闸门44、连接件45、电机46、竖轴47、铺沙槽48、栅板49；

水位测针51、十字固定板52、光聚焦灯53、相机54、水平杆55、转盘56、手柄57、垂直杆58、流速测杆59。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

如图1-5所示，本实用新型实施例提供一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，主要应用于河工模型试验领域，主要为实现模型沙长时间沉积样制作、以及沉积样的起动流速试验，该装置可包括：沙样固结装置，包括收集盒，所述收集盒内沉积有固结的模型沙；固结沙起动试验水槽，包括：水槽本体，所述水槽本体的上游具有进水孔41，下游具有出水孔43，中游具有用于安装所述收集盒的铺沙槽48；图像采集装置，布置在所述水槽本体上方，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频。

由上述实施例可知，本实用新型因为采用子母盒原理(收集盒可认为是子盒，铺沙槽可认为是母盒)，克服了传统试验需要长时间占用冲刷水槽的弊端，通过同时制备多个沙样的方式，不但提高了水槽利用效率，固结沙样的制备效率也大幅提高。借助于图像采集装置，克服了以往借助于肉眼观察且无法大量记录和准确比对的缺点，将沙样的运动全过程进行视频储存，对于沙样起动试验结果的准确度的提升有较好的效果。

本实用新型实施例中，所述沙样固结装置还包括用于制备固结沙的搅拌箱1。具体地，所述搅拌箱1包括：箱体，所述箱体上开有加沙口12和注水口13；搅拌旋桨11，伸入所述箱体内，用于掺配沙浆；第一出水管14，安装在所述箱体的下部；第一阀门15，安装在所述第一出水管14上。当第一阀门15打开后，沙浆通过第一出水管14注入一个或多个沉积桶2中，最终沉积在收集盒3以上。多个沉积桶2的作用是在水槽本体外可同时进行多个不同沉积时间沙样的制备工作，每个沙样达到沉积时间后，立即置入固结沙起动试验水槽进行起动试验。

进一步地，所述搅拌箱1包括软管16，所述软管16外接在所述第一出水管14上，可较方便地将沙浆注入沉积桶2中。所述沙样固结装置还包括用于支撑所述搅拌箱1的固定台17。使用时，从加沙口12和注水口13分别注入模型沙和自来水，模型沙和水的体积比例可控制在1：5左右，方便后续沙浆的流动，材料注入齐备后，开启搅拌旋桨11进行沙浆的均匀掺配。放置在固定台17上，固定台高度不低于沉积桶2顶面。

本实用新型实施例中，所述沙样固结装置还包括沉积桶2，不失一般性，所述沉积桶2可采用长方体无盖的透明容器，这样方便观察。所述沉积桶包括：侧面开孔或一侧面全通的容器，所述容器上开有第二出水管23和第三出水管25，所述第二出水管23上装有第二阀门24，所述第三出水管25上装有第三阀门26；密封门29，可开合地安装在所述孔或一侧面全通上；其中，所述收集盒可拆卸地从所述孔或一侧面全通处装入，所述第二出水管23和第三出水管25分别位于所述收集盒的上下两侧。进一步地，所述收集盒3位于沉积桶2底部，用于收集固结沙样。所述第二出水管23和第三出水管25用于释放多余的水。

进一步地，所述密封门29的一端通过旋转合页27安装在所述容器上，另一端通过固定锁扣20可开合地安装在所述容器上，所述密封门29与所述容器之间设置有密封条28，保证不漏水。

本实用新型实施例中，所述容器的外壁安装有计时器21和水尺22。

本实用新型实施例中，还包括用于对固结沙样进行物理分割的割刀33，进一步地，还包括固定所述割刀33的固定件，使用时，在收集盒上部预先放置固定件，固定件的前部固定割刀33，通过拽拉固定件，实现割刀对固结沙样进行物理分割。本实施例中，所述固定件采用U型拉杆32，U型拉杆32的U形结构正好和收集盒3上端的外缘相吻合。

进一步地，所述箱体内壁四周具有多个隔板31，用于对所述收集盒3四周进行固定卡位。

进一步地，所述收集盒3下部的底板上嵌有多个滚轴34，从而方便轻松的拉出。

通过上述的沙样固结装置进行沉积样的制备，具体步骤为：

1、在搅拌箱内的沙浆搅拌充分均匀后，打开第一阀门15，将沙浆通过第一出水管14和软管16自流入指定的沉积桶2内。观察水尺22显示的深度，及时关闭第一阀门15，并重复多个沉积桶的灌装。在沉积桶内的水体基本清澈后开始用计时器21计时。这里需要说明的是，一般进行模型沙起动试验的模型级配宽度都不大，若模型沙为级配宽度很大(拣选系数大于2)的非均匀沙，开始不宜采用自流沙浆的方法，以免产生明显的分层现象，因此第一步可按水沙比1：1浸泡基本饱和后，直接倒入沉积桶内，而后在表层再加水浸泡即可，并开始计时。

2、计时器21显示，达到要求的沉积时间后，先打开上部的第二阀门24将表层水排出，然后打开底部第三阀门26将收集盒底部和边壁附近的少量入渗沙浆排出，从而方便后续收集盒的快速取出。

3、打开封闭门29，手工拉动U型拉杆，并带动割刀33进行收集盒3上部沙样的平整分离，然后将收集盒拉出，这样一份规定时间的固结沙样就制备了。其它不同历时的沙样，在达到规定时间后，重复上述操作即可完成相应沙样的制备。

本实用新型实施例中，所述收集盒3的深度h1一般在10～15cm，沉积桶2的总高度h2一般为6～8倍的h1，这样可保证能收集到满盒的固结沙样。

本实用新型实施例中，所述固结沙起动试验水槽用于对沙样固结装置制备的沉积样进行冲刷起动参数的率定试验。

本实用新型实施例中，所述固结沙起动试验水槽还包括：栅板49，固定在所述水槽本体4中且位于所述进水孔41后；沉沙池42，设置在所述水槽本体4中且位于所述栅板49后；平面闸门44，设置在所述水槽本体4中且位于所述出水孔43前。

本实用新型实施例中，还包括驱动所述平面闸门44升降的装置，所述装置包括电机46和竖轴47，所述电机46驱动所述竖轴47转动，所述竖轴47上具有螺纹，所述平面闸门44通过连接件45啮合在所述竖轴47上，通过竖轴47的转动实现平面闸门44的升降。

在上游侧，通过试验室的变频水泵实现不同的进水流量，向进水孔41供水，水流首先流经栅板49，栅板49上固定有透水无纺布，用于过滤稍大的杂质，以保证水体的清洁透明，然后经过沉沙池42对水中较细颗粒的沙质、锈质等物体进行第二次过滤。水槽中部试验区的铺沙槽48位于水槽模型的中部，内部用于放置收集盒3。

在下游侧，电机46通过旋转竖轴47带动的平面闸门44的慢速升降，实现尾门的平面闸门的开度调节，用于调节模型中的水深，水流通过平面闸门44的下部，经出水孔43汇入水库中。流量和闸门开度则最终决定了试验段的水深和流速大小。

本实用新型实施例中，还可包括测量仪器，所述测量仪器主要用于测量水深和流速，可以包括：水位测针51，用于测量所述铺沙槽48上方的水位，固定于铺沙槽48边壁附近；流速测杆59，用于测量所述铺沙槽48上方的流速，可固定于可升降的垂直杆58上，其升降可通过手摇转盘56来实现，这样可以测量不同水层的流速值，通过可升降的垂直杆58，可方便流速仪垂向快速的精确定位，可实现不同水层流速的快速测量。由于动力测量时增加了可升降的垂直杆58，克服了以往固定的流速仪升降不便的缺点，实现了不同水层流速的快速测量工作。

本实用新型实施例中，所述图像采集装置用于泥沙起动的判断，可包括：相机54，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频；光聚焦灯53，用于为所述相机54提供光源。所述相机54和所述光聚焦灯53均可固定于水槽上部的十字固定板52上。

进一步地，变光聚焦灯53可改变不同的颜色，用于适应不同颜色的模型沙，提高对比度，方便观察不同颜色的模型沙的起动。相机54垂直照向底沙面，调整好焦距后，进行焦距固定，并采用数据线连接电脑，借助于相机自带的相机管理助手软件(很多品牌相机皆有此类功能，比如佳能相机免费自带的eos utility工具)，相机实时画面即可同步显示于电脑，并自动存储，方便实验人员在电脑屏幕中观察和试验后的校正。通过数据线连接视频观察软件，方便观察和存储模型沙的起动状态。

需要说明的是，所述固结沙起动试验水槽还依赖于供水的水池、进水水泵等试验室固定设施以及水槽控制系统(这些都是现有设施和系统，一般现有的试验水槽都具备)，其控制系统通过频率控制自动调节进水流量，并通过电机转速调节旋转竖轴的旋转速度，实现尾部的平面闸门的开度调节。流量和平面闸门开度则最终决定了试验段的水深和流速大小。

采用上述的固结沙起动试验水槽沉积样进行冲刷起动参数的率定试验，具体操作步骤为：

1、尾门处的平面闸门关闭，并向水槽本体4中施放约5cm深的水体，此时水基本为静水，可慢慢将盛有固结沙的收集盒放置于铺沙槽中，子盒顶部确保与水槽底面齐平即为放置成功。

2、水槽控制系统实时记录水深和流速值。

3、通过进水水泵频率调节和尾门平面闸门的开度调节，在一定的水深条件下，逐渐增加流速，间歇观察沙面起动时，记录水深和流速信息。

4、通过电脑，实时观察并储存视频文件，在肉眼观察到沙面起动后，流速继续慢速增加1～2cm/s后，停止试验。

5、通过重复播放视频，画面比对的方法，对沙面起动流速进行进一步的校核和修正，并最终确定沙样起动特性参数。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本实用新型旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，其中，包括：

沙样固结装置，包括收集盒，所述收集盒内沉积有固结的模型沙；

固结沙起动试验水槽，包括水槽本体，所述水槽本体的上游具有进水孔(41)，下游具有出水孔(43)，中游具有用于安装所述收集盒的铺沙槽(48)；

图像采集装置，布置在所述水槽本体上方，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频。

2.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述沙样固结装置还包括沉积桶，所述沉积桶包括：

侧面开孔或一侧面全通的容器，所述容器上开有第二出水管(23)和第三出水管(25)，所述第二出水管(23)上装有第二阀门(24)，所述第三出水管(25)上装有第三阀门(26)；

密封门(29)，可开合地安装在所述孔或一侧面全通上；

其中，所述收集盒可拆卸地从所述孔或一侧面全通处装入，所述第二出水管(23)和第三出水管(25)分别位于所述收集盒的上下两侧。

3.根据权利要求2所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述密封门(29)的一端通过旋转合页(27)安装在所述容器上，另一端通过固定锁扣(20)可开合地安装在所述容器上，所述密封门(29)与所述容器之间设置有密封条(28)。

4.根据权利要求2所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述容器的外壁安装有计时器(21)和水尺(22)。

5.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，还包括用于对固结沙样进行物理分割的割刀(33)。

6.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述沙样固结装置还包括用于制备固结沙的搅拌箱(1)，所述搅拌箱(1)包括：

箱体，所述箱体上开有加沙口(12)和注水口(13)；

搅拌旋桨(11)，伸入所述箱体内；

第一出水管(14)，安装在所述箱体的下部；

第一阀门(15)，安装在所述第一出水管(14)上。

7.根据权利要求6所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述沙样固结装置还包括用于支撑所述搅拌箱(1)的固定台(17)。

8.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述固结沙起动试验水槽还包括：

栅板(49)，固定在所述水槽本体中且位于所述进水孔(41)后；

沉沙池(42)，设置在所述水槽本体中且位于所述栅板(49)后；

平面闸门(44)，设置在所述水槽本体中且位于所述出水孔(43)前。

9.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，所述图像采集装置包括：

相机(54)，用于采集所述收集盒内的固结沙的冲刷起动图像或视频；

光聚焦灯(53)，用于为所述相机(54)提供光源。

10.根据权利要求1所述的一种模型沙沉积及冲刷起动试验装置，还包括：

水位测针(51)，用于测量所述铺沙槽(48)上方的水位；

流速测杆(59)，用于测量所述铺沙槽(48)上方的流速。

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