【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及管涌测试，具体为一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法。
技术介绍
1、逆向侵蚀型管涌是土石堤坝中常见的一种渗漏病害，是指河床中的砂砾在渗透力作用下，逐渐向堤坝下游弱透水层的薄弱处移动并流失的过程，在一定水力条件下，砂颗粒被带出并在坝基中形成集中渗漏通道，通道沿着强透水层与弱透水层之间的接触面向上游方向扩展，最终贯通整个堤坝，导致其崩溃，逆向侵蚀管涌由于不可见性使得对管涌的研究变得困难。
2、现有的管涌研究存在的缺陷是：
3、1、现有技术cn102411042a公开了一种渗流侵蚀应力耦合管涌试验装置，该技术不具有对管涌进行可视化研究的功能，在对管涌进行研究时无法对管涌内部的水流方向和泥沙流失方向进行研究，因此需要一种可以直接观察管涌内部的水流方向和泥沙流失情况的用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法来解决该问题。
4、2、现有技术cn104931401a公开了一种砂砾石土管涌侵蚀过程中渗透系数动态变化模型，该技术不具有高效测量管涌内部流体和泥沙流动情况的功能，没有提出直接观察管涌内部流体变化的方法，因此需要一种可以直接研究管涌内部流体和泥沙变化情况提高测量效率的用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法来解决该问题。
5、3、现有技术cn207908318u公开了一种非稳定侵蚀性内管涌试验装置，该技术不具有模拟河流的流速变化对河岸堤坝的压力变化功能，无法研究河流的流速变化对堤坝管涌的影响，因此需要一种能够模拟河流的流速变化对河岸堤坝
6、4、现有技术cn220961144u公开了一种悬挂式防渗墙干预管涌颗粒侵蚀行为可视化试验装置，该技术不具有模拟河流两岸堤坝受到的人类活动产生的压力，从而无法研究河流两岸堤坝受到的人类活动产生的压力时的管涌内部的变化情况，因此需要一种可以模拟河流两岸堤坝受到的人类活动产生的压力的用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法来解决该问题。
技术实现思路
1、本申请的一个目的在于提供一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，能够解决现有技术中提出的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法包括如下步骤：
3、a：试验材料的准备，将细颗粒喷涂红色荧光漆，并在60℃的恒温箱中烘干，将15号白油与正十二烷按照10:1的质量比进行混合配置，并在其中撒入聚酰胺粒子，其配比为1升溶液加入0.02克聚酰胺粒子；
4、b：连接设备，将水头箱进水管与水泵的输出端相连，水头箱的输出端连接的软管的输出端接入模型盒进水侧，水头箱的回流管置于供水箱中，用乳胶塞封堵排气孔和管涌口，以模型盒上顶面的中心为o点，中轴线为x轴，即朝向管涌口的方向为正，垂直于中轴线为y轴，y轴以内侧为正方向，垂直于xy平面为z轴，z轴垂直向下为正方向，绿色激光发射器二其面光源与模型盒顶面平行，激光平面与模型盒顶面相距5mm，即z＝5mm，绿色激光发射器一的面光源与模型盒顶面垂直，并与中轴线距离20mm，即y＝-20mm，调整微距相机一的位置，使其位置正对模型盒中心，与模型盒顶面中心距离低于电动滑轨框架二的高度，调整微距相机二的位置，使其视角垂直于模型盒，其位置需高于电动滑轨框架三的高度；
5、c：试样制备，试样的制作采用分层压实，首先将模型盒的侧板朝上侧倒放置，打开模型盒的侧板，在透水层中放置粒径均匀的颗粒，其粒径与透水层的最短边之比为1：(5～10)，以便于产生均匀水流，并放置透水挡板将其与试样隔开，将熔融石英颗粒分五次放入，试样即为熔融石英颗粒，在放入熔融石英颗粒后用橡胶锤击实，之后缓慢提升上游水头箱，使水头箱中液体进入模型盒，当液面与熔融石英颗粒齐平以后放置下一层石英颗粒并压实，直至试样填满模型盒，接着安装侧板，将模型盒扶正；
6、d：试样饱和，拔出排气孔的乳胶塞和管涌口乳胶塞，以每分钟2mm的速度缓慢提高上游水头箱，当上游水头箱的高度与试样顶面齐平时停止提升，并将其静置24小时以上，以排出试样中的气泡，使试样完全饱和；
7、e：测量开始前需将盛水容器注满溶液，这是为了保证试验开始后，由逆向侵蚀管涌模型盒流出的溶液可以及时被电子秤及时测量；
8、f：逆向侵蚀管涌发展测量，提升上游水头箱，每次提升20mm，对当前水头进行测量，首先开启绿色激光发射器一和微距相机二，持续5秒后关闭，同时开启绿色激光发射器二和微距相机一，持续5秒后关闭绿色激光发射器二，开启顶部紫外光发射器和微距相机二，持续5秒后关闭顶部紫外光发射器、微距相机一和微距相机二，之后以2mm/s的速度将绿色激光发射器二水平降低10mm，同时绿色激光发射器一沿y轴正方向移动10mm，到达指定位置后停止，并重复前述步骤对不同剖面进行测量，当绿色激光发射器二移动至z＝45mm的位置，同时绿色激光发射器一移动至y＝20mm的位置，并完成测量后，绿色激光发射器一和绿色激光发射器二移动至初始位置，重复前述测量步骤，即每个水头条件下共计重复测量3次，之后提升上游水头箱，当试样中集中渗漏通道发展至进口端以后或提升水头箱达到最大高度，停止测量；
9、g：将微距相机二录制的视频按照不同光源和剖面进行截取，对于微距相机一根据不同光源和剖面进行截取，截取图片间的帧数为相机录取视频的帧数，将截取的图片导入到图像处理软件中，依据模型盒上粘贴的透明标尺对图片进行矫正，将校正后的图像利用粒子图像测速算法和粒子追踪测速法计算流场和细颗粒的运动。
10、优选的，在所述步骤f中还包括如下步骤：
11、通过电动伸缩单元一带动压板上下移动，从而调节水头箱中的水对透水层和水头箱的压力，进而模拟河流中的水的流动对河岸堤坝的冲击。
12、优选的，所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统包括模型盒、水头箱、供水箱、水泵、软管、盛水容器、盛水箱、电子秤和同步控制器，所述模型盒的输入端与软管的输出端相连接，所述水头箱的输出端与软管的输入端相连接，所述供水箱的输出端与水泵的输入端相连接，所述模型盒的顶部贯穿开设有管涌口，所述模型盒的顶部安装有矩形盒，矩形盒位于管涌口的外侧，且矩形盒与盛水容器之间通过导水框相连接，所述盛水容器的输出端与盛水箱输入端通过管道相连接，所述盛水箱安装在电子秤的顶部，同步控制器分别与水泵和电子秤电信号连接。
13、优选的，所述模型盒的内部设置有透水层，模型盒的内部设置有透水挡板，且透水挡板位于透水层的一侧，模型盒的内部设置有试样，模型盒的正面和顶部安装有透明标尺，模型盒的顶部贯穿开设有多个排气孔，模型盒的背面设置有侧板，侧板的正面安装有乳胶止水垫，侧板和模型盒之间通过加压螺栓连接。
14、优选的，所述用于逆向侵蚀管涌本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：在所述步骤f中还包括如下步骤：
3.一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，适用于权利要求1-2任意一项所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统包括模型盒(1)、水头箱(3)、供水箱(4)、水泵(5)、软管(7)、盛水容器(16)、盛水箱(17)、电子秤(18)和同步控制器(19)，所述模型盒(1)的输入端与软管(7)的输出端相连接，所述水头箱(3)的输出端与软管(7)的输入端相连接，所述供水箱(4)的输出端与水泵(5)的输入端相连接，所述模型盒(1)的顶部贯穿开设有管涌口(25)，所述模型盒(1)的顶部安装有矩形盒(42)，矩形盒(42)位于管涌口(25)的外侧，且矩形盒(42)与盛水容器(16)之间通过导水框相连接，所述
4.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述模型盒(1)的内部设置有透水层(2)，模型盒(1)的内部设置有透水挡板(26)，且透水挡板(26)位于透水层(2)的一侧，模型盒(1)的内部设置有试样(33)，模型盒(1)的正面和顶部安装有透明标尺(30)，模型盒(1)的顶部贯穿开设有多个排气孔(29)，模型盒(1)的背面设置有侧板(27)，侧板(27)的正面安装有乳胶止水垫(28)，侧板(27)和模型盒(1)之间通过加压螺栓连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统还包括卷扬机(8)和定滑轮(10)，卷扬机(8)和水头箱(3)之间通过钢丝绳(43)相连接，且卷扬机(8)与同步控制器(19)电信号连接，定滑轮(10)用来对钢丝绳(43)进行导向。
6.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统还包括回流管(6)，回流管(6)的输入端与水头箱(3)的正面输出端相连接，回流管(6)的输出端与供水箱(4)的顶部输入端相连接。
7.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述盛水容器(16)的顶部安装有架体二(41)，架体二(41)的底部安装有多个拉力传感器(31)，且拉力传感器(31)与同步控制器(19)电信号连接，拉力传感器(31)的底部输入端安装有带滤网托盘(32)。
8.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统还包括绿色激光发射器一(11)、绿色激光发射器二(12)、紫外光发射器(13)、微距相机一(14)、微距相机二(15)、电动滑轨框架一(20)、电动滑轨框架二(21)、电动滑轨框架三(22)、相机支架一(23)和相机支架二(24)，绿色激光发射器一(11)安装在电动滑轨框架二(21)的顶部内壁，且绿色激光发射器一(11)位于模型盒(1)的上方，绿色激光发射器二(12)安装在电动滑轨框架三(22)的顶部，且绿色激光发射器二(12)位于模型盒(1)的下方，紫外光发射器(13)安装在电动滑轨框架二(21)的顶部内壁，且紫外光发射器(13)位于模型盒(1)的上方，微距相机一(14)安装在相机支架一(23)的顶部内壁，且微距相机一(14)位于模型盒(1)的上方，微距相机二(15)安装在相机支架二(24)的顶部，且微距相机二(15)位于模型盒(1)的前方，电动滑轨框架一(20)分别与电动滑轨框架二(21)和电动滑轨框架三(22)滑动连接，同步控制器(19)分别与绿色激光发射器一(11)、绿色激光发射器二(12)、紫外光发射器(13)、微距相机一(14)、微距相机二(15)、电动滑轨框架一(20)、电动滑轨框架二(21)、电动滑轨框架三(22)、相机支架一(23)和相机支架二(24)电信号连接。
9.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述水头箱(3)的顶部安装有...
【技术特征摘要】
1.一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：在所述步骤f中还包括如下步骤：
3.一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，适用于权利要求1-2任意一项所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试方法，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统包括模型盒(1)、水头箱(3)、供水箱(4)、水泵(5)、软管(7)、盛水容器(16)、盛水箱(17)、电子秤(18)和同步控制器(19)，所述模型盒(1)的输入端与软管(7)的输出端相连接，所述水头箱(3)的输出端与软管(7)的输入端相连接，所述供水箱(4)的输出端与水泵(5)的输入端相连接，所述模型盒(1)的顶部贯穿开设有管涌口(25)，所述模型盒(1)的顶部安装有矩形盒(42)，矩形盒(42)位于管涌口(25)的外侧，且矩形盒(42)与盛水容器(16)之间通过导水框相连接，所述盛水容器(16)的输出端与盛水箱(17)输入端通过管道相连接，所述盛水箱(17)安装在电子秤(18)的顶部，同步控制器(19)分别与水泵(5)和电子秤(18)电信号连接。
4.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述模型盒(1)的内部设置有透水层(2)，模型盒(1)的内部设置有透水挡板(26)，且透水挡板(26)位于透水层(2)的一侧，模型盒(1)的内部设置有试样(33)，模型盒(1)的正面和顶部安装有透明标尺(30)，模型盒(1)的顶部贯穿开设有多个排气孔(29)，模型盒(1)的背面设置有侧板(27)，侧板(27)的正面安装有乳胶止水垫(28)，侧板(27)和模型盒(1)之间通过加压螺栓连接。
5.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统还包括卷扬机(8)和定滑轮(10)，卷扬机(8)和水头箱(3)之间通过钢丝绳(43)相连接，且卷扬机(8)与同步控制器(19)电信号连接，定滑轮(10)用来对钢丝绳(43)进行导向。
6.根据权利要求3所述的一种用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统，其特征在于：所述用于逆向侵蚀管涌内部水动力特性及颗粒运动的测试系统还包括回流管(6)，回流管(6)的输入端与水头箱(3)的正面输出端相连接，回流管(6)的输出端与供水箱(4)的顶部输入端相连接。
【专利技术属性】
技术研发人员：代磊，梁越，张斌，罗安志，张宏杰，许彬，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：
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