模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置制造方法及图纸

模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置及方法，该装置主要包括环形水流槽、土槽、原装土样测试槽、造流系统、渗流系统和支架系统。所述环形水流槽、土槽和原装土样测试槽均由亚克力材料的内壁、外壁和底板组成，土槽与原装土样测试槽下嵌在水流槽当中；造流系统由发电机与造流滚轮组成；渗流系统由亚克力材料的量筒、导水管与水压平衡沙袋组成；支架系统由不锈钢结构与万向滚轮组成。该装置结合前言科学问题(粉质土海床沉积物的再悬浮机理与定量评估)而设计，既可用于原位样品的工程性质测试，亦可用于科学研究:定量评估不同程度的海床内部渗流影响下沉积物的再悬浮特征。

【技术实现步骤摘要】
模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置
本专利技术涉及一种模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，属于海洋工程地质与沉积动力学领域的工程性质测试与研究领域。
技术介绍
海床沉积物在水动力作用下的侵蚀再悬浮过程一直是海洋工程地质与沉积动力学研究领域中的关键问题。研究表明：沉积物的临界侵蚀强度会受到海床渗流作用的影响，甚至在渗流强度足够大时，引起海床液化，海床渗流作用对沉积物再悬浮的影响不容忽视。严重的海底侵蚀会导致管缆的暴露、悬空甚至断裂，引发溢油、井喷等工程事故，造成巨大的经济损失。因此，海底侵蚀的发生机制、定量评估与防治措施等问题一直受到海洋工程地质学家与沉积学家的关注。环形水槽是海洋与水利科学研究中的常用工具之一。目前与环形水槽相关的专利技术与技术专利主要分为3类：(1)用于流速测量仪器的标定，例如：中国人民解放军理工大学设计的“用于便携式流速仪检定的环形水槽”(201620556240.4)；(2)用于流体力学性质的模拟与研究，例如：同济大学设计了“利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置”(201310120205.9)；北京市环境保护科学研究院设计了“利用环形水槽模拟天然河道水流特性的装置”(201520155123.2)；(3)用于流体与沉积物相互作用方面的科学研究，例如：上海大学设计了“一种模拟底泥污染物再悬浮释放的环形水槽装置”(201410057326.8)；上海河口海岸科学研究中心设计了“一种全自动测量及控制试验用环形水槽”(201320475851.2)；河海大学设计了“环形水槽模拟风浪扰动下水下沉积物再悬浮的方法及装置”(200710025671.3)和环形水槽模拟悬沙及床沙吸附污染物装置(201320818449.X)；天津水运工程勘察设计院交通运输部天津水运工程科学研究所设计了“用于泥沙动水沉降实验的环形水槽”(201520171404.7)。这些用于科学研究的环形水槽都针对具体的科学问题，有着独特的设计。目前对于该科学问题的探索，鲜有精细的定量化研究。本方法的构建与装置的设计则旨在为该科研工作的进步提供一种手段。本专利技术也同样属于一种针对具体科学问题--海床渗流影响下沉积物再悬浮过程--而专门设计的一种环形水槽装置，由于本专利技术装置针对的科学问题相对前沿，目前还尚未见到直接相关的专利。
技术实现思路
本专利技术目的在于设计一种既能够测试沉积物临界侵蚀特性，又可以研究不同强度的渗流作用下沉积物再悬浮特征的装置——模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，以在室内模拟海床内部渗流影响下的沉积物再悬浮过程。模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，其特征在于包括钢结构支架和带有造流系统的环形水流槽，所述的造流系统由电机与造流滚轮组成，能够在环形水流槽中制造不同速度的水流；环形水流槽中嵌有多个土槽与一个原装土样测试槽，其中土槽用于填充不同粒径、含水率等土工性质的沉积物，以模拟天然海床，原装土样测试槽用于填充原状沉积物样品，开展原状沉积物的土工性质测试工作；当水流流经两槽上方时，可将部分沉积物颗粒起动，使其再悬浮进入上覆水体，并随水流输运；环形水流槽中还固定有悬沙浓度传感器与水流流速传感器，可持续记录水体中的悬沙浓度与流速变化；所述土槽内还装有水压平衡沙袋；环形水流槽将渗流量筒环绕在中央，渗流量筒用于填充不同高度的水头，并通过导水管连通至各个土槽以及原装土样测试槽底部，以将水压力施加到土槽/原装土样测试槽底部，进入水压平衡沙袋，进而作用于土槽/原装土样测试槽底部，以施加渗流梯度，所述导水管上带阀门。所述的造流滚轮为圆柱型层板式的造流滚轮，能够在更为有效的再环形水流槽中制造不同速度的水流。所述的环形水流槽由透明亚克力材料制作，可以将试验中发生的悬沙现象进行直观的观察、拍照或录像。所述的环形水流槽当中至少嵌有两个相同设计的土槽，可以在开展平行实验(例如渗透破坏实验)，提高实验效率。所述的固定于水槽当中的悬沙浓度传感器与水流流速传感器，两者结合使用可用于沉积物临界侵蚀流速/剪切应力，再悬浮/侵蚀系数的判定与推算。所述的固定在环形水槽中央的渗流量筒上设有刻度。根据刻度值施加不同大小的水头；并在导水管的牵引下将水压力施加到土槽/原装土样测试槽底部；所述的水压平衡沙袋，可以保证水压力进入土槽之后在沙层中水平扩散，然后相对均匀地作用在整个土床底面，防止局部渗透破坏的发生。所述的钢结构支架底部设有万向滚轮。环形水槽中可通过发电机与旋转滚轮制造不同流速的水流，水流作用于土槽中的土床之上，引起表层沉积物的再悬浮；环形水槽中间的水头施加量筒可将不同大小的水头差加载在土床底部，引起海床内部渗流；通过表层水流水平冲刷与海床内部垂向渗流的耦合模拟，可以探索不同程度的海床渗流对沉积物再悬浮的影响。为了保证底部渗流梯度的均匀性，本专利技术装置在土槽底部加设了沙袋，其中的砂层铺设可以使进入土槽的水压力很好地达到平面扩散，从而使得渗流梯度的均匀性。本装置十分便捷，整个装置可以在支架的辅助下自由移动。本装置可以自由控制变量，深入地探索该科学问题。附图说明图1是本专利技术的立体图。图2是本专利技术的环形水流槽的立体图。图3是本专利技术的主视图。图4是本专利技术的侧视图。图5是本专利技术的俯视图。其中，1、电机，2、造流滚轮，3、环形水流槽，4、土槽，5、原装土样测试槽，6、悬沙浓度传感器，7、水流流速传感器，8、渗流量筒，9、导水管，10、水压平衡沙袋，11、钢结构支架，12、万向滚轮。具体实施方式如图1-5，模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，其特征在于包括钢结构支架11和带有造流系统的环形水流槽3，所述的造流系统由电机1与造流滚轮2组成，能够在环形水流槽3中制造不同速度的水流；环形水流槽3中嵌有多个土槽4与一个原装土样测试槽，其中土槽4中，可以填充不同粒径、含水率等土工性质的沉积物，以模拟天然海床，原装土样测试槽5中，可以填充原状沉积物样品，开展原状沉积物的土工性质测试工作；当水流流经两槽上方时，可将部分沉积物颗粒起动，使其再悬浮进入上覆水体，并随水流输运；环形水流槽3中还固定有悬沙浓度传感器6与水流流速传感器7，可持续记录水体中的悬沙浓度与流速变化；所述土槽4内还装有水压平衡沙袋10；环形水流槽3将渗流量筒8环绕在中央，渗流量筒8用于填充不同高度的水头，并通过导水管9连通至各个土槽4以及原装土样测试槽5底部，以将水压力施加到土槽4/原装土样测试槽5底部，进入水压平衡沙袋10，进而作用于土槽4/原装土样测试槽5底部，以施加渗流梯度，所述导水管9上带阀门。所述的造流滚轮2为圆柱型层板式的造流滚轮2，能够在更为有效的再环形水流槽3中制造不同速度的水流。如图1，所述的环形水流槽3由透明亚克力材料制作，可以将试验中发生的悬沙现象进行直观的观察、拍照或录像。如图1、2、5，所述的环形水流槽3当中至少嵌有两个相同设计的土槽4，可以在开展平行实验(例如渗透破坏实验)，提高实验效率。如图4，所述的固定于水槽当中的悬沙浓度传感器6与水流流速传感器7，两者结合使用可用于沉积物临界侵蚀流速/剪切应力，再悬浮/侵蚀系数的判定与推算。所述的固定在环形水槽中央的渗流量筒8上设有刻度。根据刻度值施加不同大小的水头；并在导水管9的牵引下将水压力施本文档来自技高网...

【技术保护点】
模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，其特征在于包括钢结构支架(11)和带有造流系统的环形水流槽(3)，所述的造流系统由电机(1)与造流滚轮(2)组成，能够在环形水流槽(3)中制造不同速度的水流；环形水流槽(3)中嵌有多个土槽(4)与一个原装土样测试槽，其中土槽(4)用于填充不同粒径、含水率等土工性质的沉积物，以模拟天然海床，原装土样测试槽(5)用于填充原状沉积物样品，开展原状沉积物的土工性质测试工作；环形水流槽(3)中还固定有悬沙浓度传感器(6)与水流流速传感器(7)；所述土槽(4)内还装有水压平衡沙袋(10)；环形水流槽(3)将渗流量筒(8)环绕在中央，渗流量筒(8)用于填充不同高度的水头，并通过导水管(9)连通至各个土槽(4)以及原装土样测试槽(5)底部，以将水压力施加到土槽(4)/原装土样测试槽(5)底部，进入水压平衡沙袋(10)，进而作用于土槽(4)/原装土样测试槽(5)底部，以施加渗流梯度，所述导水管(9)上带阀门。

【技术特征摘要】
1.模拟海床渗流影响下沉积物再悬浮的环形水槽装置，其特征在于包括钢结构支架(11)和带有造流系统的环形水流槽(3)，所述的造流系统由电机(1)与造流滚轮(2)组成，能够在环形水流槽(3)中制造不同速度的水流；环形水流槽(3)中嵌有多个土槽(4)与一个原装土样测试槽，其中土槽(4)用于填充不同粒径、含水率等土工性质的沉积物，以模拟天然海床，原装土样测试槽(5)用于填充原状沉积物样品，开展原状沉积物的土工性质测试工作；环形水流槽(3)中还固定有悬沙浓度传感器(6)与水流流速传感器(7)；所述土槽(4)内还装有水压平衡沙袋(10)；环形水流槽(3)将渗流量筒(8)环绕在中央，渗流量筒(8)用于填充不同高度的水头，并通过导水管(9)连通至各个土槽(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张少同，贾永刚，张雅淇，刘晓磊，熊传芳，沈泽中，单红仙，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东,37