一种装配式全断面床沙取样装置的制作方法

1.本实用新型涉及河流床沙取样装置技术领域，特别是一种装配式全断面床沙取样装置。


背景技术：

2.水库建成后，坝下游河段来水来沙条件发生重大变化。尤其在水库运营初期，水库将拦截大量上游泥沙，使水库下游水流含沙量降低，对下游河床产生清水冲刷。非均匀沙砾石床面结构在清水冲刷的作用下，原有的平衡被破坏，泥沙颗粒发生分选，断面内泥沙颗粒级配发生变化，床面迅速形成抗冲粗化层，以增大床面糙率，形成适应新水流条件的稳定结构。弯曲河段作为组成天然河流的基本单元，在断面环流的作用下，床面泥沙颗粒分选具有二维特性。通过物理模型试验，即在试验中铺设卵石推移质床面，施放典型工况流量对床面进行清水冲刷，当水流冲刷床面达到相对平衡状态后，于测点处取一定厚度泥沙，进行颗粒筛分，进而分析在弯道水流冲刷作用下床面的沿程变化规律及床沙分选情况，是研究床面粗化层的重要技术手段。
3.目前针对沙砾石河床，取样方法分为表层取样和表层以下取样两种，表层取样采用网格取样法、面上取样法及横断面取样法；表层以下取样采用体积法。已有取样方法多为散点式取样，取样样本数量小，且取样过程中对同断面不同横向位置的泥沙容易造成干扰。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种装配式全断面床沙取样装置，包括横隔板、纵隔板和槽塞，所述纵隔板两端均与所述横隔板相互插接，所述横隔板与所述纵隔板之间形成若干个分区，所述横隔板上分布有插槽，所述插槽上插接有所述纵隔板或所述槽塞。若干个分区相互独立，排除取样过程中相邻床面扰动对精准取样带来的干扰。
5.进一步地，所述插槽沿所述横隔板至少设置有两行。
6.进一步地，所述纵隔板端部固定有与所述插槽相适配的插板，所述插板伸出所述插槽。
7.进一步地，所述纵隔板沿其纵向设置有标尺。
8.进一步地，所述槽塞包括固定座与插柱，所述插柱与所述固定座一体成型，所述插柱穿过所述插槽并与所述插槽相适配，所述固定座与所述横隔板相接触。
9.进一步地，所述横隔板与所述纵隔板底部具有楔角。
10.进一步地，所述横隔板与所述纵隔板相互垂直设置。
11.进一步地，所述插槽列间中心距d与试验水槽内床面泥沙粒径d
50
之间的关系为，其中，θ为无量纲泥沙起动切应力，n为经验系数。
12.利用本实用新型的技术方案制作的一种装配式全断面床沙取样装置，所达到的有益效果：
13.（1）通过布置沿模型断面宽度的取样分区网格，形成相互独立的取样空间，排除取样过程中相邻床面的干扰，实现全断面的泥沙的连续取样，扩大了取样样本的数目；
14.（2）通过设置在横隔板上的插槽，可对装置内网格分区进行调节，实现取样区域的精确划分，减小了取样过程中对样本的扰动，同时提高了试验精度；
15.（3）通过插槽结构的设置，可实现取样装置的可装配式，便于安装与拆卸从而有利于携带与使用。
附图说明
16.图1是本实用新型所述一种装配式全断面床沙取样装置的使用状态示意图；
17.图2是本实用新型在图1中标记a处关于一种装配式全断面床沙取样装置的局部放大图；
18.图3是本实用新型横隔板的主视图；
19.图4是本实用新型纵隔板的主视图；
20.图5是本实用新型槽塞的主视图；
21.图6是本实用新型工作过程实施例中的床沙初始级配曲线；
22.图7是本实用新型试验水槽内取样装置布置示意图；
23.图8是30
°
断面清水冲刷后相对平衡床面下泥沙各断面级配变化图；
24.图9是60
°
断面清水冲刷后相对平衡床面下泥沙各断面级配变化图；
25.图10是90
°
断面清水冲刷后相对平衡床面下泥沙各断面级配变化图；
26.图11是120
°
断面清水冲刷后相对平衡床面下泥沙各断面级配变化图；
27.图12是150
°
断面清水冲刷后相对平衡床面下泥沙各断面级配变化图；
28.图13是本实用新型实施例二中插板的主视图
29.图中，1、试验水槽凹岸侧边壁；2、试验水槽凸岸侧边壁；3、试验水槽；4、横隔板；5、纵隔板；6、槽塞；7、插槽；8、楔角；9、插板；10、标尺；11、弹性片；12、固定座；13、插柱。
具体实施方式
30.为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述，一种装配式全断面床沙取样装置。
31.实施例一：
32.如图1和图2所示，包括横隔板4、纵隔板5和槽塞6，所述纵隔板5两端均与所述横隔板4相互插接，所述横隔板4与所述纵隔板5之间形成若干个分区，所述横隔板4上分布有插槽7，所述插槽7上插接有所述纵隔板5或所述槽塞6。根据试验水流泥沙条件确定结构参数及分区个数后，将相应个数的纵隔板5逐一插入横隔板4上对应的插槽7中，组成一种装配式全断面床沙取样装置，横隔板4与纵隔板5采用插接的方式进行装配，拆卸方便，便于携带和使用。由于插槽7具有多个，在不需要安装纵隔板5的插槽7处安装有槽塞6，避免在取样过程中，粒径较小的泥沙颗粒沿插槽7流动，影响取样结果。试验水槽3具有试验水槽凹岸侧边壁1与试验水槽凸岸侧边壁2，取样装置贴近试验水槽凹岸侧边壁1与试验水槽凸岸侧边壁2放置。
33.如图2-4所示，所述插槽7沿所述横隔板4至少设置有两行。所述纵隔板5端部固定
有与所述插槽7相适配的插板9，所述插板9伸出所述插槽7。为保证横隔板4与纵隔板5稳定的固定在一起，在横隔板4上设置有两排插槽7，与之对应的，在纵隔板5两端分别设置有两个插板9，这种设置可以提高纵隔板5与横隔板4之间的接触面积，提高该取样装置的稳定性。
34.所述插槽列间中心距d与试验水槽3内床面泥沙粒径d
50
之间的关系为，其中，θ为无量纲泥沙起动切应力，n为经验系数。针对不同的泥沙粒径选择不同的两个所述插槽7之间的距离d，保证取样结果更精确。
35.如图5所示，所述槽塞6包括固定座12与插柱13，所述插柱13与所述固定座12一体成型，所述插柱13穿过所述插槽7并与所述插槽7相适配，所述固定座12与所述横隔板4相接触。具体地，槽塞6设置为插柱13与固定座12一体成型，固定座12的径向尺寸大于插柱13的径向尺寸，插柱13与插槽7可以紧密配合，固定座12则与横隔板4相接触。
36.如图2和图3所示，所述横隔板4与所述纵隔板5底部具有楔角8。为便于取样装置插入试验水槽3中的沙子中，在横隔板4与纵隔板5底部均设计有楔角8，该楔角8使得横隔板4、纵隔板5底部与取样沙之间的接触面增大，更易将取样装置插入试验水槽3中的样沙中。
37.如图2所示，所述横隔板4与所述纵隔板5相互垂直设置。可选的，横隔板4与纵隔板5保持垂直设置更容易确定取样的各分区的面积。
38.如图4所示，所述纵隔板5沿其纵向设置有标尺10。将取样装置整体插入试验水槽3内床面泥沙中，插入的深度由标尺10来确定，横隔板4与试验水槽3底部紧密接触，两个横隔板4与试验水槽3壁所包围的空间为取样样品区域，取样样品被纵隔板5分成多个取样区，在本实施例中，取样区为三个，不同的取样区之间互相独立，随后，用取样铲将三个取样区中的样品分别进行取样，取样时，取样的厚度可参考标尺的高度，进一步分析不同取样区内泥沙的级配。现有的取样方式，对一个区域中进行多点散点取样，在对其中一个位置进行取样时，周围的样品泥沙受到力的作用而流动，会对其他取样位置造成干扰，而采用本实施例中的方式，将取样区域分成多个，多个取样区之间相互独立，避免了取样过程中由于泥沙流动而带来的干扰。
39.工作原理：
40.（1）通过试验水槽3取样断面宽度确定横隔板4宽度b4，通过取样断面面积确定纵隔板5宽度b5；
41.（2）根据试验水槽3内床面d
50
粒径的泥沙在来流边界条件下输沙单步滚动步长确定横隔板4中插槽7列间中心距d，，式中：θ为无量纲泥沙起动切应力；n为经验系数；
42.（3）确定试验水流泥沙条件确定结构参数：插槽7高度以及插板9高度，均为hc；插槽7行间中心距以及纵隔板5中插板9高度差值，均为h；
43.（4）确定横隔板4与纵隔板5的分区个数n后，将n-1个纵隔板5逐一插入横隔板4上对应的插槽7中，在没有纵隔板5插入的插槽7中插入槽塞6，组成一种装配式全断面床沙取样装置；
44.（5）在试验中铺设卵石推移质床面，施放典型工况流量对床面进行清水冲刷，当水流冲刷床面达到相对平衡状态后，排干试验槽3中的水，将一种装配式全断面床沙取样装置
整体放入试验水槽3中取样断面位置，放置时保证装置宽度中心线与取样断面所在位置x方向保持垂直；
45.（6）通过布置在纵隔板5上的标尺10，控制沿垂向取样厚度。
46.工作过程：
47.以u型弯道水槽内沙砾石床面清水冲刷试验为例，水槽断面宽度0.4m、水槽高度0.3m、中心弯曲半径1.2m、铺沙厚度0.05m，床沙粒径范围0.001m-0.006m，初始级配如图6。水深控制在床面以上10cm，来流流量为23.33l/s。为研究清水冲刷作用下弯道卵石床面泥沙分选特性进行研究，需采用一种装配式全断面床沙取样装置，对30
°
、60
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、90
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、120
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、150
°
五个典型断面床沙进行精确的分区取样，装置具体结构参数如表1：
48.表1 装置具体结构参数测算表
[0049][0050]
选取2个隔板5逐一插入横隔板4上对应的插槽7中，组成一种装配式全断面床沙取样装置。为提高取样效率，可同时组装5组，并将5组取样装置同时放入试验水槽3中30
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、60
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、150
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五个典型取样断面位置，且装置宽度中心线与取样断面所在位置切线方向保持垂直，如图7所示。
[0051]
根据韦直林提出的“概化河床”理论，取样厚度为0.004m，通过布置在纵隔板5的标尺10进行取样厚度控制，标尺10零点为试验水槽3底面。
[0052]
根据该取样装置的边界，按照规定取样厚度进行泥沙取样，将取出泥沙烘干，并利用振动筛分仪测定试验沙级配，筛分结果如图8-12所示。
[0053]
试验结果表明，弯道内非均匀卵石床面在清水冲刷的作用下，通过改变床面形态，以减小水流作用力及形成抗冲粗化层两种手段，迅速获得新的相对平衡床面。弯道内床沙分选，受断面二次环流作用明显，环流底部流速由凹岸指向凸岸，部分小粒径泥沙被冲动，并逐渐由凹岸向凸岸移动，使得床面粗化程度沿断面宽度分布具有差异。
[0054]
实施例二：
[0055]
与实施例一不同的是，横隔板4与纵隔板5之间的连接关系不同，如图13所示，在本
实施例中，插板9两侧固定有弹性片11，安装横隔板4与纵隔板5时，插板9伸进插槽7时，弹性片11与插板9同时伸进插槽7中时发生弹性形变，由于插板9伸出横隔板4，弹性片11随插板9一同伸出插槽7时回到初始状态，并且该弹性片11卡在横隔板4壁上，起到固定横隔板4与纵隔板5的作用，避免纵隔板5从插槽7中脱落。
[0056]
上述技术方案仅体现了本实用新型技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本实用新型的原理，属于本实用新型的保护范围之内。