CN221303087U - 一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，包括顶部开放的蓄水调压池、低于蓄水调压池顶设置的圆形试验管道，圆形试验管道的进水口与蓄水调压池连通，出水口通过位于圆形试验管道下方的引水管道与蓄水调压池连通，水体在蓄水调压池、圆形试验管道、引水管道之间循环流动，圆形试验管道上设有提供沙样的供沙筒和储沙组件，引水管道上设有流量控制阀门和电磁流量计。通过供沙筒和储沙组件的运用和不同流量的组合控制，可在该试验装置中完成多种试验，用于模拟有压隧洞中泥沙的运动特性，可帮助揭示有压隧洞中的泥沙运动和冲淤规律，为排涝深隧工程的正常运行提供技术支撑。

Description

一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置

技术领域

本实用新型属于水利工程泥沙运动试验领域，尤其涉及一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置。

背景技术

在全球气候变化的大背景下，随着中国城镇化的快速发展，城市微气候和下垫面条件均发生显著变化，导致城市洪涝灾害问题日趋严重。深隧排涝系统是解决城市洪涝现象的重要手段。深隧是指修建在深层地下空间(一般指地面以下30～60m空间)，用于调蓄雨水或合流污水的大型、特大型隧洞。近几十年来，在世界先进城市，特别是人口密集、空间拥挤的特大城市，采用深隧技术解决城市内涝问题已得到广泛应用并取得较好效果。

在全球气候变化的大背景下，随着中国城镇化的快速发展，城市微气候和下垫面条件均发生显著变化，导致城市洪涝灾害问题日趋严重。深隧排涝系统是解决城市洪涝现象的重要手段。深隧是指修建在深层地下空间(一般指地面以下30～60m空间)，用于调蓄雨水或合流污水的大型、特大型隧洞。近几十年来，在世界先进城市，特别是人口密集、空间拥挤的特大城市，采用深隧技术解决城市内涝问题已得到广泛应用并取得较好效果。

有压隧洞中的泥沙运动是深隧系统设计和运行中必须考虑的一个重要方面。隧洞中的泥沙淤积将直接影响深隧系统的正常运行及调蓄容积的高效利用。由于城市排涝深隧工程在我国是近几年才逐渐被关注并初步进行探索的一项排水工程，虽有国外的经验借鉴，但目前针对隧洞泥沙运动的研究很少，更未有系统模拟有压隧洞泥沙淤积、固结和冲刷的试验装置。

目前国内城市化进程较快，城市下垫面变化巨大，导致城市内涝严重，越来越多的城市会通过深隧工程解决内涝问题，而泥沙控制是隧洞系统设计和运行中的重要一环，有着广阔的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，包括蓄水调压池和圆形试验管道，所述圆形试验管道的进水口与蓄水调压池连通，出水口通过位于圆形试验管道下方的引水管道与蓄水调压池连通，水体在所述蓄水调压池、圆形试验管道、引水管道之间循环流动，所述蓄水调压池顶部开放，所述圆形试验管道低于蓄水调压池顶设置，所述蓄水调压池中加水高过圆形试验管道后，所述圆形试验管道形成密闭有压环境，并通过改变所述蓄水调压池中的水体高度来调节圆形试验管道中的压力，所述圆形试验管道上设有提供沙样的供沙筒和储沙组件，所述引水管道上设有流量控制阀门和电磁流量计。

进一步地，所述蓄水调压池为竖直放置的圆形有机玻璃透明管，所述蓄水调压池内靠近圆形试验管道的进水口下方设有第一整流板，所述第一整流板为有均匀孔洞的有机玻璃板。

进一步地，所述圆形试验管道为横平放置的圆形有机玻璃透明管，靠近所述圆形试验管道的出水口设有第二整流板，所述第二整流板为有均匀孔洞的有机玻璃板。

进一步地，所述引水管道上设有水泵。

进一步地，所述引水管道设有引水管道出水口，所述引水管道出水口设有控制引水管道出水口启闭的球阀。

进一步地，所述储沙组件包括储沙槽、储沙盒、入口和密封体，所述储沙槽位于圆形试验管道底部，所述入口位于其顶部相对位置，所述入口为长宽与储沙槽相同的有机玻璃空心柱，所述入口、圆形试验管道、储沙槽竖向连通，所述入口顶部开口，所述储沙盒通过入口进入储沙槽与储沙槽贴合，所述储沙盒中的沙样表面与圆形试验管道底面对齐，所述密封体进入入口与入口贴合进行密封，所述密封体下表面与圆形试验管道顶面对齐。

有益效果：

通过供沙筒和储沙组件的运用和不同流量的组合控制，可在该试验装置中完成多种试验，用于模拟有压隧洞中泥沙的运动特性。该系列试验可帮助揭示有压隧洞中的泥沙运动和冲淤规律，为排涝深隧工程的正常运行提供技术支撑，推动城市排涝深隧泥沙控制和减淤技术的发展与应用。

附图说明

图1为本实用新型提出的试验装置的结构图。

图2为本实用新型提出的试验装置的连接示意图。

图3为本实用新型提出的试验装置中储沙组件的结构示意图。

图中：蓄水调压池1，第一整流板11，圆形试验管道2，进水口21，出水口22，第二整流板23，引水管道3，引水管道出水口31，球阀32，水泵4，流量控制阀门5，电磁流量计6，供沙筒7，储沙组件8，储沙槽81，储沙盒82，入口83，密封体84。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1-3，一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，包括蓄水调压池1和圆形试验管道2，圆形试验管道2的进水口21与蓄水调压池2连通，出水口22通过位于圆形试验管道1下方的引水管道3与蓄水调压池1连通，引水管道3上设有水泵4，使水体在蓄水调压池1、圆形试验管道2、引水管道3之间循环流动，蓄水调压池1顶部开放，圆形试验管道2低于蓄水调压池顶设置，蓄水调压池1中加水高过圆形试验管道2后，圆形试验管道2形成密闭有压环境，并通过改变蓄水调压池1中的水体高度来调节圆形试验管道2中的压力大小，圆形试验管道2上设有提供沙洋的供沙筒7和储沙组件8，供沙筒7靠近进水口，储沙组件8在供沙筒7后方，引水管道上3设有流量控制阀门5和电磁流量计6。

作为一个可选的实施例，蓄水调压池1为竖直放置的圆形有机玻璃透明管，蓄水调压池1内靠近圆形试验管道的进水口下方设有第一整流板11，第一整流板11为有均匀孔洞的有机玻璃板，用以使水流平稳流入圆形试验管道2中。

作为一个可选的实施例，圆形试验管道2为横平放置的圆形有机玻璃透明管，靠近圆形试验管道的出水口设有第二整流板23，第二整流板23为有均匀孔洞的有机玻璃板，保证圆形试验管道2中的水流平稳流动。

作为一个可选的实施例，引水管道3设有引水管道出水口31，引水管道出水口31设有球阀32，控制引水管道出水口31的启闭。

作为一个可选的实施例，可以在供沙筒7底部设置可升降橡胶活塞，通过控制供沙筒7底部的可升降橡胶活塞，将供沙筒7中的试验沙加入圆形试验管道2并随水流冲刷。无需供沙时，供沙筒7顶面可放置有机玻璃顶盖，与圆形试验管道2的底面对齐。

作为一个可选的实施例，储沙组件8包括储沙槽81、储沙盒82、入口83和密封体84，储沙槽81位于圆形试验管道2底部，入口83位于其顶部相对位置，入口83为长宽与储沙槽81相同的有机玻璃空心柱，入口83、圆形试验管道2、储沙槽81竖向连通，入口83顶部开口，储沙盒82通过入口83进入储沙槽81与储沙槽81紧密贴合，储沙盒82中的沙样表面与圆形试验管道2底面对齐，密封体84进入入口83与入口83贴合进行密封，密封体84下表面与圆形试验管道2顶面对齐。储沙盒82用于存放试验沙样，可以通过螺纹杆将储沙盒82从入口83放入储沙槽81中，使储沙盒82与储沙槽81紧密贴合，储沙盒82中的沙样表面与圆形试验管道2的底面对齐，随后将密封体84放入入口83，密封体84的下表面与圆形试验管道2的顶面平齐，从而使圆形试验管道2封闭且内表面光滑平齐。

通过供沙筒7和储沙组件8的运用和不同流量的组合控制，可在该试验装置中完成多种试验，包括有压隧洞泥沙输移和动水沉降试验，有压隧洞泥沙静水沉降试验，有压隧洞泥沙固结试验，有压隧洞固结泥沙起动试验，有压隧洞非均匀沙起动试验，以及上述试验的组合试验，用于模拟有压隧洞中泥沙的运动特性。该系列试验可帮助揭示有压隧洞中的泥沙运动和冲淤规律，为排涝深隧工程的正常运行提供技术支撑，推动城市排涝深隧泥沙控制和减淤技术的发展与应用。

具体包括以下试验：

试验一：有压隧洞泥沙输移和动水沉降试验方法：所述试验仅由供沙筒供沙，不使用储沙盒中的沙样，将储沙槽盖上有机玻璃顶盖，用密封体封闭入口，试验前，在供沙筒中加入试验沙，通过控制供沙筒底部的可升降橡胶活塞，使筒中试验沙加入圆形试验管道，试验沙加入后，将清水注入圆形试验管道中，使圆形试验管道中注满水，蓄水调压池中水位达到所需高度，随后，启动水泵，并缓慢地打开流量控制阀门并逐级增大流量，同时将供沙筒中的试验沙加入圆形试验管道随水流起动，并直至进入悬浮状态，观察记录泥沙运动状态和相应电磁流量计读数，随后缓慢关闭流量控制阀门逐级减小流量，使部分悬浮泥沙开始沉降并在圆形试验管道底部沉积，最后维持一特定流量，观察记录泥沙沉降过程以及圆形试验管道底部泥沙淤积特征。

试验二：有压隧洞泥沙静水沉降试验方法：所述试验的准备过程与有压隧洞泥沙输移和动水沉降试验相同，准备完成后，启动水泵，并缓慢地打开流量控制阀门并逐级增大流量，同时将供沙筒中的试验沙加入圆形试验管道随水流起动，并直至进入悬浮状态，随后，关闭水泵，使圆形试验管道中逐渐由动水转为静水状态并维持静水状态一段时期，观察记录水泵关闭后动水转为静水过程中泥沙的输移和沉降过程，观察记录静水状态下泥沙的沉降过程以及圆形试验管道底部泥沙淤积特征。

试验三：有压隧洞泥沙固结试验方法：所述试验无需使用供沙筒供沙，将现场采集的沙样或试验沙装入储沙盒中，将装有沙样并平整好的储沙盒分为两批，一批放置在室内暗箱中，用于模拟泥沙于隧洞放空期间在空气中的固结过程，另一批放入储沙槽中，储沙盒安放完毕后，用密封体封闭入口，使圆形试验管道封闭且内部平整，将清水注入圆形试验管道中，使圆形试验管道中注满水，蓄水调压池中水位达到所需高度，此时，可观察储沙盒中的沙样在静水中的固结过程，也可启动水泵，并缓慢地打开流量控制阀门，使圆形试验管道中存在一定流速但不至于使泥沙起动，观察储沙盒中的沙样在动水(低速流动)中的固结过程，通过圆形试验管道静水时间和动水时间的不同组合，可模拟隧洞在不同运行状态组合下的固结过程，试验后，放空圆形试验管道中的水，缓慢取出储沙盒，观察记录盒中泥沙的表面状态，同时取出放置在室内暗箱中储沙盒，观察记录盒中泥沙的表面状态，对比两个沙样的表面状态和固结程度。

试验四：有压隧洞固结泥沙起动试验方法：将存有固结泥沙的储沙盒放入储沙槽中，储沙盒安放完毕后，用密封体封闭入口，使圆形试验管道封闭且内部平整，将清水注入圆形试验管道中，使圆形试验管道中注满水，蓄水调压池中水位达到所需高度，随后，启动水泵，并缓慢地打开流量控制阀门并逐级增大流量，同时观察储沙盒表面的泥沙运动状况，直到观察到有泥沙颗粒脱离床面，床面产生少量缕状悬沙进入水体，以此为泥沙起动的判别标准，当该状态发生时，记录电磁流量计读数，记录完毕后，关闭流量控制阀门，放出圆形试验管道中的水，取出储沙盒，观察记录盒中泥沙的表面状态。

试验五：有压隧洞非均匀沙起动试验方法：将存有非均匀染色沙的储沙盒放入储沙槽中，储沙盒安放完毕后，用密封体封闭入口，使圆形试验管道封闭且内部平整，将清水注入圆形试验管道中，使圆形试验管道中注满水，蓄水调压池中水位达到所需高度，随后，启动水泵，并缓慢地打开流量控制阀门并逐级增大流量，同时观察储沙盒表面的泥沙运动状况，当泥沙起动时，记录电磁流量计读数，记录完毕后，关闭流量控制阀门，放出圆形试验管道中的水，取出储沙盒，观察记录盒中泥沙的表面状态。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，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，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：包括蓄水调压池和圆形试验管道，所述圆形试验管道的进水口与蓄水调压池连通，出水口通过位于圆形试验管道下方的引水管道与蓄水调压池连通，水体在所述蓄水调压池、圆形试验管道、引水管道之间循环流动，所述蓄水调压池顶部开放，所述圆形试验管道低于蓄水调压池顶设置，所述蓄水调压池中加水高过圆形试验管道后，所述圆形试验管道形成密闭有压环境，并通过改变所述蓄水调压池中的水体高度来调节圆形试验管道中的压力，所述圆形试验管道上设有提供沙样的供沙筒和储沙组件，所述引水管道上设有流量控制阀门和电磁流量计。

2.根据权利要求1所述的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：所述蓄水调压池为竖直放置的圆形有机玻璃透明管，所述蓄水调压池内靠近圆形试验管道的进水口下方设有第一整流板，所述第一整流板为有均匀孔洞的有机玻璃板。

3.根据权利要求1所述的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：所述圆形试验管道为横平放置的圆形有机玻璃透明管，靠近所述圆形试验管道的出水口设有第二整流板，所述第二整流板为有均匀孔洞的有机玻璃板。

4.根据权利要求1所述的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：所述引水管道上设有水泵。

5.根据权利要求4所述的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：所述引水管道设有引水管道出水口，所述引水管道出水口设有控制引水管道出水口启闭的球阀。

6.根据权利要求1所述的一种模拟有压隧洞泥沙运动的多功能试验装置，其特征在于：所述储沙组件包括储沙槽、储沙盒、入口和密封体，所述储沙槽位于圆形试验管道底部，所述入口位于其顶部相对位置，所述入口为长宽与储沙槽相同的有机玻璃空心柱，所述入口、圆形试验管道、储沙槽竖向连通，所述入口顶部开口，所述储沙盒通过入口进入储沙槽与储沙槽贴合，所述储沙盒中的沙样表面与圆形试验管道底面对齐，所述密封体进入入口与入口贴合进行密封，所述密封体下表面与圆形试验管道顶面对齐。