一種研究管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種研究管袋壩袋間接縫破損條件下發(fā)生沖刷破壞的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，其通過水流控制系統(tǒng)向管路砂箱系統(tǒng)提供穩(wěn)定單向水流、往復(fù)水流、波浪水流等水流流態(tài)，模擬管路側(cè)壁破損處的水力邊界條件，同時(shí)利用信息采集系統(tǒng)采集試驗(yàn)過程中水流相關(guān)信息和砂顆粒相關(guān)信息，從而完成不同水流作用下管袋壩接縫管路破損條件下發(fā)生的沖刷破壞過程的模擬。本發(fā)明不僅可以從宏觀方面揭示管袋壩接縫破損的沖刷破壞的規(guī)律，而且可以從細(xì)觀角度觀測到砂體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化特點(diǎn)，并通過建立水流和顆粒宏、細(xì)觀變量與現(xiàn)象之間的聯(lián)系，進(jìn)而揭示管袋壩接縫管路破損的沖刷破壞機(jī)理并總結(jié)出沖刷破壞的的判別標(biāo)準(zhǔn)及方法，以尋求破壞防治措施。
【專利說明】一種研究管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種管袋壩接縫破損條件下發(fā)生沖刷破壞的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法，該裝置用以模擬潮汐水流以及波浪對管袋壩袋內(nèi)充填砂體通過袋間接縫管路發(fā)生沖刷破壞的過程，屬于水利工程物理模型實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著對近海、河口地區(qū)的保護(hù)性開發(fā)，充填管袋壩筑堤技術(shù)在沿海圍墾造陸、河口蓄淡避咸水庫等河口海岸工程中得到越來越廣泛的應(yīng)用。蓄淡水庫管袋壩的典型施工方式是，首先在水下充填兩側(cè)的大型土工管袋形成圍堰，待圍堰高程達(dá)到水面以上后，在兩側(cè)圍堰中間吹填砂質(zhì)土形成擋水堤壩。較之傳統(tǒng)河、海圍堤的筑堤技術(shù)，充填管袋筑壩技術(shù)具有就地取材、壩體對軟基的適應(yīng)能力較強(qiáng)、造價(jià)低、無需大量大型施工設(shè)備、施工工藝簡單、施工速度快、施工基本不受一般氣象影響等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]管袋壩由多個(gè)充砂管袋層層疊加而成，管袋與管袋之間存在細(xì)長的接縫。由于國外砂工管袋大多選用高強(qiáng)砂工織物制作，管袋可以做得很長，管袋搭接較少，管袋壩體接縫沖刷穩(wěn)定性并不突出，所以至今尚無相關(guān)研宄成果發(fā)表。而在我國，由于管袋多選用強(qiáng)度較低的裂膜絲編織土工織物，受材料強(qiáng)度限制，管袋長度一般較短，高度小，層數(shù)較多，所以堆成的壩體會沿著壩軸線方向形成很多接縫管路，這些接縫的存在，容易造成壩芯填土的流失，針對該問題，河海大學(xué)束一鳴教授的團(tuán)隊(duì)已做了初步研宄。然而，對于在施工過程中，由于機(jī)械損傷等原因，又很容易造成接縫管路側(cè)壁的破損，在施工期未防護(hù)和施工完成防護(hù)不到位的情況下，在管袋壩內(nèi)外水位漲落引起的水壓差、潮汐現(xiàn)象產(chǎn)生的往復(fù)水流及波浪形成的波動水流長期作用下，接縫管路側(cè)壁破損處充填泥沙同樣存在被水流沖刷流失的風(fēng)險(xiǎn)，給壩體安全帶來更大的隱患。目前關(guān)于在單向水流、往復(fù)水流及波浪作用下管袋壩接縫側(cè)壁破損的沖刷破壞問題尚無研宄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種能夠準(zhǔn)確而全面表征管袋壩接縫側(cè)壁破損條件下發(fā)生沖刷破壞的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明研宄管袋壩接縫側(cè)壁破損條件下發(fā)生沖刷破壞的試驗(yàn)裝置可采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置，包括用于模擬水流與破損管袋內(nèi)砂體相互作用的管路砂箱系統(tǒng)、與管路砂箱系統(tǒng)的輸入端和輸出端相連接的水流控制系統(tǒng)、布設(shè)于管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)外的信息采集系統(tǒng)；所述水流控制系統(tǒng)包括兩個(gè)可以維持恒定水頭的水箱、水箱支架、水箱提升裝置和波浪發(fā)生器，用于提供穩(wěn)定單向水流、往復(fù)水流、波浪水流等水流流態(tài)，來模擬不同工況條件；所述管路砂箱系統(tǒng)包括管路輸入端、管路輸出端、接縫管路、破損管袋壁、管袋砂箱、砂料收集箱；所述信息采集系統(tǒng)包括采集水流速的超聲波流速儀、布設(shè)于接縫管路的水壓力傳感器及高清攝像機(jī)，另外，所述水壓力傳感器通過數(shù)據(jù)采集卡連接于計(jì)算機(jī)終端。
[0007]所述的研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括管袋砂箱，管袋砂箱上部的蓋板與管袋砂箱通過螺栓連接；管袋側(cè)壁通過螺桿及預(yù)埋螺絲固定在管袋砂箱與接縫管路之間，管袋側(cè)壁上布設(shè)管袋破損口 ；接縫管路的兩端分別為管路輸入端和管路輸出端，近管路輸出端處設(shè)有砂料收集箱，管路輸入端經(jīng)穩(wěn)流室與接縫管路連接，接縫管路上部開有排氣孔，側(cè)壁開孔連接水壓力傳感器；超聲波流速儀接于接縫管路外部，水壓力傳感器和超聲波流速儀均通過數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)，高清攝像機(jī)放置于接縫管路附近。
[0008]在單向流及往復(fù)水流工況下，與上述管路輸入端和管路輸出端分別連接的是第一水箱及第二水箱；第一水箱和第二水箱通過鋼絲繩與手動轉(zhuǎn)輪連接，中間鋼絲繩繞經(jīng)固定于懸臂梁端部的定滑輪；懸臂梁固定于與底座相連的豎柱上。
[0009]在波浪作用工況下，與上述管路輸出端相連接的是波浪水箱，波浪水箱一側(cè)開有三個(gè)不同高度的波浪水箱出口，可選擇其中一個(gè)與管路輸出端連接；波浪水箱內(nèi)裝有推波板，推波板通過連桿及連接槽與曲柄連接；曲柄經(jīng)聯(lián)軸器與調(diào)速電機(jī)相連。
[0010]根據(jù)以上的技術(shù)方案可知，本發(fā)明所提供的試驗(yàn)裝置，具有以下的有益效果:
[0011]1、該裝置所用的水流控制系統(tǒng)可向管袋砂箱系統(tǒng)提供單向水流、往復(fù)水流以及波浪水流以實(shí)現(xiàn)模擬管袋內(nèi)側(cè)壁破損處的充填砂體在不同工況下通過袋間接縫管路時(shí)產(chǎn)生的沖刷作用；其中的波浪發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)對不同波浪要素的波浪水流的模擬，而且裝置簡單、操作方便、加工成本低，適用于小型物理模型試驗(yàn)。
[0012]2、該裝置信息采集系統(tǒng)中的用以測定流速的超聲波流速儀與用于水壓力測定的水壓力傳感器均通過數(shù)據(jù)采集卡連接于計(jì)算機(jī)終端，以自動采集并收集上述裝置所分別測定的數(shù)據(jù)，與人工測定和記錄相比，該裝置不僅較大程度地節(jié)約人力成本，而且保證了數(shù)據(jù)的記錄準(zhǔn)確性，從數(shù)據(jù)源頭上避免了錯(cuò)誤的產(chǎn)生，提高了數(shù)據(jù)的精度；對上述采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，可以繪制出流速-時(shí)間、壓力-時(shí)間關(guān)系曲線，結(jié)合攝像機(jī)的實(shí)時(shí)錄像和刻度尺繪制的出砂量-時(shí)間關(guān)系曲線，可以較為全面地描述袋間接縫側(cè)壁破損處充填砂的沖刷破壞過程。
[0013]3、該裝置的管路砂箱系統(tǒng)均采用有機(jī)玻璃制成，其在達(dá)到強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上還便于直觀地觀察接縫管路內(nèi)水流流態(tài)、砂顆粒的沖刷規(guī)律以及進(jìn)入接縫管路后的細(xì)觀運(yùn)移過程；通過攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝得到砂顆粒細(xì)觀上的運(yùn)動軌跡，結(jié)合經(jīng)matlab軟件處理攝像機(jī)圖像分析得到的孔隙率等顆粒信息，可以與數(shù)據(jù)分析得到的三條關(guān)系曲線相互驗(yàn)證地全面地描述出管袋壩接縫管路側(cè)壁破損的沖刷破壞過程。
[0014]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法。
[0015]本發(fā)明的另一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，如前所述研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，包括如下步驟:A、單向水流作用下沖刷破壞情況步驟如下:(I)將管路砂箱系統(tǒng)的輸入端和輸出端分別與兩個(gè)水箱相連接；(2)向管袋砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱向接縫管路與管袋砂箱加水，使砂料緩慢飽和；(3)保持一個(gè)水箱位置不動，通過轉(zhuǎn)輪提升另一個(gè)水箱位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加穩(wěn)定水頭差，以模擬管袋壩內(nèi)外單向穩(wěn)定水流，在靜水頭差的作用下，水流在管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)形成單向滲流場；(4)利用水壓力傳感器實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置砂體的水壓力數(shù)據(jù)；利用超聲波流速儀采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置水流的流速數(shù)據(jù)，直至砂樣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即砂樣不再外移；(5)通過高清攝像機(jī)拍攝試驗(yàn)過程中發(fā)生的現(xiàn)象，以便進(jìn)行后期處理分析；(6)記錄出砂量作為管袋壩接縫破損沖刷破壞的指標(biāo)，分析影響出砂量的因素，并分析出砂量與各影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)而得到管袋壩接縫破損沖刷破壞的宏觀判別標(biāo)準(zhǔn)；對測得的水壓力、流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別作出它們與時(shí)間的關(guān)系曲線，對照試驗(yàn)過程中采集的圖像，并綜合出砂量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從細(xì)觀角度對管袋壩接縫破損沖刷破壞機(jī)理作出分析。B、往復(fù)水流作用下沖刷破壞情況步驟如下:(I)將管路砂箱系統(tǒng)的輸入端和輸出端分別與水流控制系統(tǒng)中的兩個(gè)水箱相連接；(2)向管袋砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱向接縫管路與管袋砂箱加水，使砂料緩慢飽和；(3)通過轉(zhuǎn)輪控制兩個(gè)水箱的相對位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加周期性往復(fù)水流，以模擬潮汐大周期往復(fù)水流；(4)-(6)步驟同A。C、波浪作用下沖刷破壞情況步驟如下:(I)將管路砂箱系統(tǒng)的輸出端與波浪發(fā)生器相連接，輸入端封閉以維持恒壓；(2)向砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過輸出端的波浪發(fā)生器和輸入端的水箱向管路砂箱系統(tǒng)加水，保持二者水位相同的條件下使砂料緩慢飽和，并注意排出管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)的空氣；(3)通過調(diào)速電機(jī)設(shè)定波浪周期，通過調(diào)節(jié)連桿位置控制搖板擺幅以設(shè)定波浪能量，進(jìn)而起動波浪發(fā)生器造波，在系統(tǒng)內(nèi)形成波浪流場；(4)-(6)步驟同A。
[0016]根據(jù)以上的技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)以下的有益效果:
[0017]1、本發(fā)明所提供的管袋壩接縫側(cè)壁破損條件下發(fā)生沖刷破壞的試驗(yàn)方法，通過在接縫管路的不同位置布設(shè)超聲波流速儀和壓力傳感器以分別反饋對應(yīng)位置的水流速和水壓力等水力參數(shù)，結(jié)合攝像機(jī)與刻度尺采集到的出砂量，通過調(diào)節(jié)水流控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同的水流作用工況，將不同工況下的數(shù)據(jù)整理分析后，可得到流速-時(shí)間、壓力-時(shí)間以及出砂量-時(shí)間的關(guān)系曲線，進(jìn)而可以較為全面地表征袋間接縫管路側(cè)壁破損處充填砂的沖刷破壞過程。
[0018]2、本發(fā)明所提供的試驗(yàn)方法通過采用高清攝像機(jī)等圖像采集裝置拍攝整個(gè)沖刷破壞過程中砂顆粒的運(yùn)動狀態(tài)和顆粒分布。將其輸入計(jì)算機(jī)，通過特定程序，分析出砂顆粒的運(yùn)動軌跡及其他顆粒信息，然后結(jié)合相應(yīng)的流速-時(shí)間、壓力-時(shí)間以及出砂量-時(shí)間三條關(guān)系曲線，便可在計(jì)算機(jī)中較為真實(shí)地分析出整個(gè)沖刷破壞過程。
[0019]3、本發(fā)明測定的所有數(shù)據(jù)均通過數(shù)據(jù)采集卡自動采集，因此，可以準(zhǔn)確地接收探測探頭所反饋的數(shù)據(jù)，避免了人工記錄所造成的精度較低情況的發(fā)生，即從數(shù)據(jù)源頭上保證了本發(fā)明可以真實(shí)地表征整個(gè)沖刷破壞過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]以下附圖僅旨在于對本發(fā)明作示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍
[0021]圖1為本發(fā)明管路砂箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)正視圖；
[0022]圖2為本發(fā)明管路砂箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明單向流及往復(fù)水流工況下試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明波浪水流工況下試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明試驗(yàn)方法的流程圖。
[0026]圖中:1、管袋砂箱，2、蓋板，3、接縫管路，4、管袋側(cè)壁，5、水壓力傳感器，6、管路輸入端，7、穩(wěn)流室，8、管袋破損口，9、排氣孔，10、管路輸出端，11、砂料收集箱，12、高清攝像機(jī)，13、數(shù)據(jù)采集卡，14、計(jì)算機(jī)，15、超聲波流速儀，16-1、第一水箱，16-2、第二水箱，17、定滑輪、18、懸臂梁，19、豎柱，20、底座，21-1、第一手動轉(zhuǎn)輪，21-2、第二手動轉(zhuǎn)輪，22、波浪水箱，23、波浪水箱出口，24、搖板，25、連桿，26、曲柄，27、連接槽，28、聯(lián)軸器，29、調(diào)速電機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0028]如圖1、2所示，一種管袋壩接縫管路側(cè)壁破損條件下發(fā)生沖刷破壞破壞試驗(yàn)裝置，包括管袋砂箱1，管袋砂箱I上部的蓋板2與管袋砂箱I通過螺栓連接，圖中螺栓由短線表示；管袋側(cè)壁4通過螺桿及預(yù)埋螺絲固定在管袋砂箱I與接縫管路3之間，管袋側(cè)壁4上布設(shè)管袋破損口 8 ;接縫管路3的兩端分別為管路輸入端6和管路輸出端10，近管路輸出端10處設(shè)有砂料收集箱11，管路輸入端6經(jīng)穩(wěn)流室7與接縫管路3連接，接縫管路3上部開有排氣孔9，側(cè)壁開孔連接水壓力傳感器5 ;超聲波流速儀15外接于接縫管路3的任意位置，水壓力傳感器5和超聲波流速儀15均通過數(shù)據(jù)采集卡13連接到計(jì)算機(jī)14，高清攝像機(jī)12放置于接縫管路3附近。
[0029]如圖3所示，本發(fā)明懸臂梁18固定于與底座20相連的豎柱19上，懸臂梁18端部設(shè)置定滑輪17，分別與第一水箱16-1及第二水箱16-2相連的鋼絲繩經(jīng)定滑輪17連接到手動轉(zhuǎn)輪21-1和21-2，第一水箱16-1及第二水箱16-2分別通過橡皮水管與管路輸入端6和管路輸出端10連接。
[0030]如圖4所示，本發(fā)明波浪水箱22設(shè)置三個(gè)不同高度的波浪水箱出口 23，可選擇其中一個(gè)與管路輸出端10連接，其余出口用蓋板封堵；推波板位于波浪水箱22內(nèi)部，推波板24 一端連接波浪水箱22底部鉸支座29，另一端與連桿25的一端相連接，連桿25另一端與曲柄26通過連接槽27連接，曲柄26經(jīng)聯(lián)軸器28與調(diào)速電機(jī)29連接；通過設(shè)置調(diào)速電機(jī)29的轉(zhuǎn)速設(shè)定波浪周期，通過調(diào)節(jié)連桿25在連接槽27內(nèi)的位置控制推波板24的擺動幅度以設(shè)定波浪能量，起動調(diào)速電機(jī)29，可以在與波浪水箱22連接的接縫管路3內(nèi)形成波浪流場。
[0031]如圖5所示，本實(shí)施例所述的試驗(yàn)方法，包括如下步驟:
[0032]A、單向水流作用下沖刷破壞情況步驟如下:
[0033](I)將管路砂箱系統(tǒng)的管路輸入端6和管路輸出端10分別與兩個(gè)水箱16-1、16-2相連接；
[0034](2)向管袋砂箱I內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱16-1、16_2向接縫管路3與管袋砂箱I加水，使砂料緩慢飽和；
[0035](3)保持第二水箱16-2位置不動，通過轉(zhuǎn)輪提升第一水箱16-1位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加穩(wěn)定水頭差，以模擬管袋壩內(nèi)外單向穩(wěn)定水流，在靜水頭差的作用下，水流在管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)形成單向滲流場；
[0036](4)利用水壓力傳感器5實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置砂體的水頭數(shù)據(jù)；利用超聲波流速儀15采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置水流的流速數(shù)據(jù)，直至砂樣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即砂樣不再外移；
[0037](5)通過高清攝像機(jī)12拍攝試驗(yàn)過程中發(fā)生的現(xiàn)象，以便進(jìn)行后期處理分析；
[0038](6)記錄出砂量作為管袋壩接縫破損沖刷破壞的指標(biāo)，分析影響出砂量的因素，并分析出砂量與各影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)而得到管袋壩接縫破損沖刷破壞的宏觀判別標(biāo)準(zhǔn)；對測得的水壓力、流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別作出它們與時(shí)間的關(guān)系曲線，對照試驗(yàn)過程中采集的圖像，并綜合出砂量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從細(xì)觀角度對管袋壩接縫破損沖刷破壞機(jī)理作出分析。
[0039]B、往復(fù)水流作用下沖刷破壞情況步驟如下:
[0040](I)將管路砂箱系統(tǒng)的管路輸入端6和管路輸出端10分別與水流控制系統(tǒng)中的兩個(gè)水箱16-1、16-2相連接；
[0041](2)向管袋砂箱I內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱16-1、16_2向接縫管路3與管袋砂箱I加水，使砂料緩慢飽和；
[0042](3)通過轉(zhuǎn)輪控制兩個(gè)水箱16-1、16-2的相對位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加周期性往復(fù)水流，以模擬潮汐大周期往復(fù)水流；
[0043](4)-(6)步驟同 A。
[0044]C、波浪作用下沖刷破壞情況步驟如下:
[0045](I)將管路砂箱系統(tǒng)的管路輸出端10與某一位置的波浪水箱出口 23相連接，封閉另外兩個(gè)出口，管路輸入端6封閉以維持恒壓；
[0046](2)向管袋砂箱I內(nèi)均勻裝入砂料，通過波浪水箱22和第一水箱16-1向管路砂箱系統(tǒng)加水，保持二者水位相同的條件下使砂料緩慢飽和，并注意通過排氣孔9排出管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)的空氣；
[0047](3)通過調(diào)速電機(jī)29設(shè)定波浪周期，通過調(diào)節(jié)連桿25在連接槽27內(nèi)的位置控制搖板24的擺動幅度以設(shè)定波浪能量，起動調(diào)速電機(jī)29，在系統(tǒng)內(nèi)形成波浪流場；
[0048](4)-(6)步驟同 A。
[0049]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括管袋砂箱，管袋砂箱上部的蓋板與管袋砂箱通過螺栓連接；管袋側(cè)壁通過螺桿及預(yù)埋螺絲固定在管袋砂箱與接縫管路之間，管袋側(cè)壁上布設(shè)管袋破損口 ；接縫管路的兩端分別為管路輸入端和管路輸出端，近管路輸出端處設(shè)有砂料收集箱，管路輸入端經(jīng)穩(wěn)流室與接縫管路連接，接縫管路上部開有排氣孔，側(cè)壁開孔連接水壓力傳感器；超聲波流速儀接于接縫管路外部，水壓力傳感器和超聲波流速儀均通過數(shù)據(jù)采集卡連接到計(jì)算機(jī)，高清攝像機(jī)放置于接縫管路附近。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置，其特征在于:在單向流及往復(fù)水流工況下，與上述管路輸入端和管路輸出端分別連接的是第一水箱及第二水箱；第一水箱和第二水箱通過鋼絲繩與手動轉(zhuǎn)輪連接，中間鋼絲繩繞經(jīng)固定于懸臂梁端部的定滑輪；懸臂梁固定于與底座相連的豎柱上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置，其特征在于:在波浪作用工況下，與上述管路輸出端相連接的是波浪水箱，波浪水箱一側(cè)開有三個(gè)不同高度的波浪水箱出口，可選擇其中一個(gè)與管路輸出端連接；波浪水箱內(nèi)裝有推波板，推波板通過連桿及連接槽與曲柄連接；曲柄經(jīng)聯(lián)軸器與調(diào)速電機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述研宄管袋壩接縫破損沖刷破壞的試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括如下步驟: 八、單向水流作用下沖刷破壞情況步驟如下: (1)將管路砂箱系統(tǒng)的輸入端和輸出端分別與兩個(gè)水箱相連接； (2)向管袋砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱向接縫管路與管袋砂箱加水，使砂料緩慢飽和； (3 )保持一個(gè)水箱位置不動，通過轉(zhuǎn)輪提升另一個(gè)水箱位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加穩(wěn)定水頭差，以模擬管袋壩內(nèi)外單向穩(wěn)定水流，在靜水頭差的作用下，水流在管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)形成單向滲流場； (4)利用水壓力傳感器實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置砂體的水壓力數(shù)據(jù)；利用超聲波流速儀采集系統(tǒng)內(nèi)不同位置水流的流速數(shù)據(jù)，直至砂樣達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，即砂樣不再外移； (5)通過高清攝像機(jī)拍攝試驗(yàn)過程中發(fā)生的現(xiàn)象，以便進(jìn)行后期處理分析； (6)記錄出砂量作為管袋壩接縫破損沖刷破壞的指標(biāo)，分析影響出砂量的因素，并分析出砂量與各影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)而得到管袋壩接縫破損沖刷破壞的宏觀判別標(biāo)準(zhǔn)；對測得的水壓力、流速等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別作出它們與時(shí)間的關(guān)系曲線，對照試驗(yàn)過程中采集的圖像，并綜合出砂量等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從細(xì)觀角度對管袋壩接縫破損沖刷破壞機(jī)理作出分析； . 8、往復(fù)水流作用下沖刷破壞情況步驟如下: (1)將管路砂箱系統(tǒng)的輸入端和輸出端分別與水流控制系統(tǒng)中的兩個(gè)水箱相連接； (2)向管袋砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過水位相同的兩個(gè)水箱向接縫管路與管袋砂箱加水，使砂料緩慢飽和； (3)通過轉(zhuǎn)輪控制兩個(gè)水箱的相對位置，進(jìn)而向管路砂箱系統(tǒng)施加周期性往復(fù)水流，以模擬潮汐大周期往復(fù)水流； (4)-(6)步驟同八； 匕波浪作用下沖刷破壞情況步驟如下: (1)將管路砂箱系統(tǒng)的輸出端與波浪發(fā)生器相連接，輸入端封閉以維持恒壓； (2)向砂箱內(nèi)均勻裝入砂料，通過輸出端的波浪發(fā)生器和輸入端的水箱向管路砂箱系統(tǒng)加水，保持二者水位相同的條件下使砂料緩慢飽和，并注意排出管路砂箱系統(tǒng)內(nèi)的空氣； (3)通過調(diào)速電機(jī)設(shè)定波浪周期，通過調(diào)節(jié)連桿位置控制搖板擺幅以設(shè)定波浪能量，進(jìn)而起動波浪發(fā)生器造波，在系統(tǒng)內(nèi)形成波浪流場； (4)-(6)步驟同八。
【文檔編號】G01N17/00GK104458553SQ201410766576
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】滿曉磊, 束一鳴, 蔚成亮, 郝雪航 申請人:河海大學(xué)