一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型制造技术

本发明专利技术涉及一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，属于水利技术领域。本发明专利技术的水工模型包括水槽、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构、拍摄装置和流速测量装置，利用多元结构土体放置装置，很容易制备多元结构土体，同时方便放置或更换土样，在试验前，模具较易拆卸，能快速地将多元结构土体放置在水槽中试验部位，操作方便，使用便捷。而且，拍摄装置和测量装置都确保了试验数据的及时采集和完整。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型
本专利技术涉及一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，属于水利

技术介绍
冲积性河流河床（河岸）大多存在典型的分层结构，既有极细沙形成的胶泥层，又有粗沙形成的软弱层，在胶泥层上下周边往往分布的是粗沙及细沙等软弱夹层。由于分层结构的存在导致河床不同部位抗冲性不同，使得频频出现畸形河势、滩岸坍塌等现象，造成河势不稳，威胁下游河道防洪，引发一系列问题。对于粘土层较少的河岸，土体颗粒组织较为松散，抗冲能力弱。对于由中密及稍密细沙或粉质、沙质壤土组成的河岸，不仅抗冲能力极弱，而且塌落的土体极易分解成散粒而被水流带走；在水流冲刷能力很强和土质抗冲能力极弱的条件下，如果河岸抗冲性沿程比较均一，则河岸将以较大的崩塌速度基本上平行后退，岸线呈连续的“锯齿形”或“香蕉形”；如果河岸抗冲性沿程不均一，则在抗冲能力较弱、河岸组成比较均一的地方，河岸将以较大的塌落速度基本上平行后退；而在有胶泥层的河岸，由于胶泥层抗冲性较强，水流将不断淘刷胶泥层下部的软弱沙土层，岸线有可能形成“鸭梨形”或“口袋形”，不同河床结构土体对河势演变影响较大。由此可见，不同物质组成的多元结构河岸对水流冲击的阻抗作用明显不同。由于天然河流中无法对多元结构河岸土体阻抗水流冲刷的形态响应进行有效监测，只能借助于模型试验开展基础理论研究。以往对河岸土体抗冲性的研究，均是针对单一结构土体（只针对粘性泥沙或非粘性泥沙）开展，同时也没有很好的把河岸土体特性和水沙运动特性结合在一起，其研究在一定程度上割裂了水流与河岸相互作用的完整性。
技术实现思路
本专利技术提供了一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，充分考虑水流和河岸土体间的相互作用，多方位、清楚的记录多元结构河岸土体的冲刷过程和形态演变过程，为河道治理提供决策依据和技术支撑。本专利技术的技术解决方案如下：一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，包括水槽、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构、拍摄装置和流速测量装置，拍摄装置包括设置在水槽一侧的侧方摄像机和设置在水槽上方的上方摄像机，多元结构土体放置装置布设在水槽下沉结构中。所述的多元结构土体放置装置包括沙土层模具和混合层模具；沙土层模具由木板组合成五个面，顶部敞口，底面木板长50cm，宽30cm，四面木板长30cm，宽10cm；每相邻两个面分别由两块合页链接，上部两侧分别用木质卡条卡住；沙土层模具底部铺有一层木质底板，木质底板的大小与沙土层模具底部相同，以刚好能放进沙土层模具为宜；木质底板两侧分别钻两个孔，每侧各穿一根铁丝。混合层模具由木板组成四个面，上、下均为敞口，前、后两个面的长为20cm，宽为10cm，左、右两面的木板长为10cm，宽为10cm；每相邻两个面分别由一块合页链接，模具上下两侧分别由木质卡条卡住。所述的水槽下沉结构设置在水槽中间部位，用于放置多元结构土体。所述的流速测量装置包括布设在各个测量断面处的ADV三维流速仪。本专利技术具有以下显著的效果和优点：（1）结构简单，操作方便本专利技术的水工模型所制备的多元结构土体，以二元结构土体为例，上部为混合层模具，下部为沙土层模具。其中，混合层模具可根据试验模拟需求，放置多层结构土体。利用该装置，很容易制备多元结构土体，同时方便放置或更换土样，在试验前，模具较易拆卸，能快速地将多元结构土体放置在水槽中试验部位，操作方便，使用便捷。（2）试验量测系统完备本专利技术布设的整个试验装置，在土体一侧和正上方都架设有摄像机，在试验过程中，能够清楚拍摄不同结构土层在同一水流作用下阻抗水流而自身发生的形态变化；侧面的摄像机可以清楚记录沙土层在不同时刻遭受水流冲刷而逐渐出现的悬空状态，顶部摄像机可以清楚记录当下部沙土层被淘刷出一定宽度时，上部粘土层部位因失去支撑以及自身为阻抗水流而发生的裂隙及坍塌，以及记录不同结构土体在整个试验过程中遭受水流冲刷而最终形成的表面形态。在测量断面架设流速仪，可在不同时刻测量土体周边水流流速变化情况。拍摄装置和测量装置都确保了试验数据的及时采集和完整。附图说明图1是本专利技术的沙土层模具展开平面图；图2是本专利技术的沙土层模具立体图；图3是本专利技术的沙土层模具内部托土装置示意图；图4是本专利技术的混合层模具示意图；图5是本专利技术的多元结构土体放置装置立体图（底部未铺设木板）；图6是本专利技术的多元结构土体放置装置立体图（底部铺设木板）；图7是本专利技术的水槽下沉结构正视图；图8是本专利技术的水工模型整体布置正视图；其中，1为木板，2为合页，3为木质卡条，4为木质底板，5为孔，6为铁丝，7为沙土层模具，8为混合层模具，9为水槽下沉结构，10为水槽，11为侧方摄像机，12为上方摄像机，13为ADV三维流速仪，14为沙土层，15为粘土层。具体实施方式以下结合附图1-8详述本专利技术。一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，包括水槽10、多元结构土体放置装置（图1-6所示）、水槽下沉结构9（图7）、拍摄装置和流速测量装置13，拍摄装置包括设置在水槽一侧的侧方摄像机11和设置在水槽上方的上方摄像机12，多元结构土体放置装置布设在水槽下沉结构9中。所述的多元结构土体放置装置（图1-6）包括沙土层模具7和混合层模具8。沙土层模具7由木板1组合成五个面，顶部敞口，底面木板长50cm，宽30cm，四面木板长30cm，宽10cm；每相邻两个面分别由两块合页2链接底部及四周共五块木板1，为了使模具更紧固，上部两侧分别用木质卡条3卡住。其底部铺设一层木质底板4，大小与沙土层模具7底部相同，以刚好能放进沙土层模具7为宜；木质底板4两侧分别钻两个孔5，每侧各穿一根铁丝6，具体如图3所示。将沙土层模具7组装好，再将木质底板4平铺在沙土层模具7内侧底部，两侧铁丝6拉直贴两侧的木板1边壁放好，此时放入制备好的沙土样，夯实，再用木质卡条3分别卡在沙土层模具上方，左右两侧各一根。混合层模具8由木板1组成四个面，上、下均为敞口，前、后两个面的长为20cm，宽为10cm，左、右两面的木板长为10cm，宽为10cm；每相邻两个面分别由一块合页2链接，模具上下两侧分别由木质卡条3卡住，固定模具并使模具更加紧固，具体如图4所示。所述的水槽下沉结构9（图7），设置在水槽10中间部位，以刚好能放下沙土层为宜，用于放置分层土体。所述的拍摄装置，包括在水槽的一侧和分层土体正上方分别架设侧方摄像机11和上方摄像机12，其位置以刚好能拍到模拟分层结构土体冲刷部位为宜，且镜头内图像清晰、大小合适。所述的流速测量装置，指分别在水槽10内的多元结构土体的前、后及土体中间的合适位置布设测量断面，在每个测量断面处架设ADV三维流速仪13，分别测量不同时刻多元结构土体周边水流结构的变化情况。制备多元结构土体时，沙土层模具7全部放置沙土土样，混合层模具8根据试验需求，可以放置多层不同结构的土样。首先将沙土层模具7组装好，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，其特征在于，包括水槽10、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构9、拍摄装置和流速测量装置13，拍摄装置包括设置在水槽一侧的侧方摄像机11和设置在水槽上方的上方摄像机12，多元结构土体放置装置布设在水槽下沉结构9中。/n

【技术特征摘要】
1.一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的水工模型，其特征在于，包括水槽10、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构9、拍摄装置和流速测量装置13，拍摄装置包括设置在水槽一侧的侧方摄像机11和设置在水槽上方的上方摄像机12，多元结构土体放置装置布设在水槽下沉结构9中。


2.根据权利要求1所述的水工模型，其特征在于所述的多元结构土体放置装置包括沙土层模具7和混合层模具8；沙土层模具7由木板1组合成五个面，顶部敞口，底面木板长50cm，宽30cm，四面木板长30cm，宽10cm；每相邻两个面分别由两块合页2链接，上部两侧分别用木质卡条3卡住；沙土层模具7底部铺有一层木质底板4，木质底板4的大小与沙土层模具7底...

【专利技术属性】
技术研发人员：许琳娟，江恩慧，李军华，赵连军，魏巍，赵万杰，王远见，张向萍，任棐，高梓轩，万强，夏修杰，张林忠，董其华，张向，
申请(专利权)人：黄河水利委员会黄河水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：河南;41