一种复杂水流冲刷侵蚀岸坡模拟装置及其方法与流程

1.本发明属于地质模拟检测技术领域，提供了一种复杂水流冲刷侵蚀岸坡模拟装置及其方法及方法。


背景技术：

2.水流、泥石流等流体运动对河岸、湖岸等岸坡均具有一定的冲刷侵蚀作用。对于土质岸坡，受冲刷侵蚀作用的不断深化，极易发生崩落、崩塌和滑坡等崩岸灾害。以泥石流为例，泥石流沟道上游一般以强烈的冲刷为主，沟岸岸脚不断被冲刷掏蚀，使得沟岸倾角不断增大，并形成一定质量和体积的临空体。当沟岸临空土体自身的重力大于土体的抗剪强度时，土体便失稳进入沟道，随泥石流进一步向下游运移，冲毁公路、铁路等交通设施甚至村镇等，给人民生命财产造成巨大损失。因此，评估流体冲刷侵蚀作用下岸坡崩岸风险具有重要现实意义。基于原型岸坡地质地形条件、水流或泥石流流动特征设计小比尺模型，开展相关模型试验是揭示岸坡侵蚀、崩滑机理的有效方法，对崩岸风险评估具有重要价值。
3.目前，此类模型试验以水槽试验为主，一般在10m级、100m级的顺直水槽内，设置岸坡模型，在水槽顶部以一定流量持续供水，水体在重力作用下向下流动，观测流动过程中岸坡冲刷侵蚀的发展及崩岸的发生发展过程。这一模型试验方法及相关装置的主要问题是：(一)难以模拟复杂水流形式下岸坡侵蚀过程。水槽内水流以平行于槽底向下的流动为主，难以模拟现实中弯道螺旋流等复杂水流形式，而长江崩岸现象的统计结果表明弯道螺旋流等复杂水流形式显著提高了崩岸几率；(二)模拟试验装置庞大、结构复杂且操作繁杂，制作模型耗时久、成本高，而且模拟试验模型过于庞大，制备模型花费人工以及时间过多，同时模拟冲刷时长过大。水流方向恒定，仅能模拟测试，现实水流带有非恒定性，不能模拟较为复杂的水流紊动，因此需要一种复杂水流冲刷侵蚀岸坡模拟装置及其方法。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了复杂水流冲刷侵蚀岸坡模拟装置及其方法，能够控制水流方向及流速，实现较为复杂的流场，较好地模拟冲刷侵蚀岸坡过程。
5.本发明包括模型箱，所述模型箱的一侧设置有岸坡模型，所述模型箱内有水位并没过所述岸坡模型形成水域模型，所述模型箱上设置有作用端构件和补偿端构件，所述作用端构件和补偿端通过动力构件形成水流回路，所述动力构件包括蠕动泵组和多根蠕动泵软管，所述作用端构件的输出端和所述补偿端的的输出端分别与所述蠕动泵软管连接，所述作用端构件的输出端和所述补偿端设置在模型箱的水位以下，所述蠕动泵组设置于模型箱上方。
6.进一步地，所述作用端构件包括作用端顶梁、作用端下伸杆和作用端金属管，所述作用端顶梁固定在所述模型箱上并位于所述模型箱的水位上方，所述作用端顶梁的中部留有空槽，所述空槽内设置多个作用端下伸杆，所述作用端下伸杆的另一端与作用端金属管连接，所述作用端金属管与所述动力构件连接。
7.进一步地，所述补偿端构件位于远离所述岸坡模型的另一侧，所述补偿端构件包括补偿端顶梁、补偿端下伸杆和补偿端金属管，所述补偿端顶梁固定在所述模型箱上并位于所述模型箱的水位上方，所述补偿端顶梁的中部留有空槽，所述空槽内设置多个补偿端下伸杆，所述补偿端下伸杆的另一端与第二补偿端金属管连接，所述第二补偿端金属管与所述动力构件连接。
8.进一步地，所述作用端构件和所述补偿端构件设置有360度可旋转连接块。
9.进一步地，所述作用端顶梁和所述补偿端顶梁通过螺栓固定在所述模型箱的侧板上。
10.复杂水流冲刷侵蚀岸坡模拟装置的实验方法，包括以下步骤：
11.a首先在模型箱内制备边坡模型，然后于模型箱内缓慢加水至试验需求的水位，
12.b根据试验需求安装作用端构件，设置作用端金属管位置及轴线方向，安装补偿端构件后，接入动力构件。
13.c根据试验需求设置蠕动泵组内各泵转向、转速，启动泵组形成目标流场，观测岸坡冲刷侵蚀、变形崩滑过程。
14.本发明的有益效果在于：
15.本发明了一种用于模拟复杂水流冲刷侵蚀岸坡的试验方法与装置，能够控制水流方向及流速，实现较为复杂的流场，较好地模拟冲刷侵蚀岸坡过程。
附图说明
16.图1是本发明提供的复杂水流冲刷侵蚀岸坡的模拟装置的整体示意图；
17.图2是本发明提供的的复杂水流冲刷侵蚀岸坡的模拟装置的剖视图；
18.图3为复杂水流冲刷侵蚀岸坡的模拟装置的补偿端构件结构示意图；
19.其中图中：1-模型箱、2-岸坡模型、3-作用端顶梁、4-作用端下伸杆、5-作用端360度可旋转连接块、6-作用端金属管、7-补偿端顶梁8-补偿端下伸杆、9-补偿端360度可旋转连接块、10-补偿端金属管、11-蠕动泵组、12-蠕动泵软管等组件
具体实施方式
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
22.如图1、2和3所示，一种用于模拟复杂水流冲刷侵蚀岸坡的试验方法与装置，包括模型箱(1)、岸坡模型(2)、作用端顶梁(3)、作用端下伸杆(4)、作用端360度可旋转连接块(5)、作用端金属管(6)、补偿端顶梁(7)、补偿端下伸杆(8)、补偿端360度可旋转连接块(9)、补偿端金属管(10)、蠕动泵组(11)、蠕动泵软管等组件(12)。
23.可分为四大类，类为试验模型部分，主要包括组模型箱(1)、岸坡模型(2)，一般基于原型地质、地形条件及水流特征及相似理论，在模型箱一侧制备岸坡模型，坡外一般注水至相应位置处。
24.第二类为作用端构件，该部分构件用于在岸坡附近水域按要求形成流场，作用端顶梁3使用螺栓夹紧于模型箱1，形成支撑装置。作用端顶梁3与作用端下伸杆4通过螺栓连接，作用端顶梁3中部留有空槽，可沿空槽布置多个作用端下伸杆4。作用端下伸杆4与作用端金属管6采用作用端360度可旋转连接块5进行连接，满足不同水流方向的要求。作用端下伸杆4上可布置多组作用端360度可旋转连接块5及作用端金属管6。
25.第三类为补偿端构件，对于任一作用端金属管6，需要同时配备一补偿端金属管10，若作用端水体自金属管流入模型水体，则补偿端水体以相反方向流动，则补偿端水体流向也发生改变。此种机制可保持模型水体水位基本恒定。补偿端布置于远离岸坡模型2的另一侧，其组成与作用端构件基本一致，不在赘述。
26.第四类为动力构件，主要为蠕动泵组11、蠕动泵软管12。前述每组作用端金属管6与相应补偿端金属管10间连接蠕动泵软管形成通路，蠕动泵软管夹于蠕动泵泵头内，可调节蠕动泵转速及转动方向控制水流速度及流向。
27.试验过程：首先在模型箱内制备边坡模型2，然后于模型箱1内缓慢加水至试验需求的水位，根据试验需求安装作用端构件，设置作用端金属管6位置及轴线方向，安装补偿端构件后，接入动力构件。根据试验需求设置蠕动泵组11内各泵转向、转速，启动泵组形成目标流场，观测岸坡冲刷侵蚀、变形崩滑过程。
28.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。