[发明专利]一种泥沙群体沉速的测量方法及测量装置

说明书

技术领域

本发明属于河工模型试验领域，特别涉及对泥沙群体沉降速度的测量。

背景技术

在泥沙运动的基本理论研究和工程应用中，泥沙的群体沉速是重要的参数。对于单个圆球形颗粒，细颗粒的沉速可以用斯托克斯公式计算，粗颗粒的沉速可以用阻力公式计算，介于粗细颗粒之间的过渡区颗粒的沉速则需要试验测量；如天然沙等形状不规则颗粒的沉速也需通过试验测定。传统的单颗粒沉速试验一般是在专门的沉降筒中每次投入一个颗粒，待其达到稳定速度后记录沉降距离和对应的时间，即可计算沉速，多次重复试验，取各次试验的统计平均作为此种沙样的沉速。

在天然情况下和工程应用中，水流含有的泥沙均有一定的浓度，即泥沙颗粒会以群体的方式在水流中沉降和扩散，颗粒之间的运动也会相互影响，其沉速与单颗粒的沉速会有差异。特别是细颗粒泥沙的群体沉降，还可能发生絮凝，使泥沙群体沉速的研究更加复杂。

对于极细颗粒的泥沙，通常是将搅拌均匀、具有一定浓度的浆体盛入量筒中，观测清、浑水交界面的下降速度作为此种泥沙在该浓度下的群体沉速，此类试验经常需要几天的时间。对于一般的泥沙颗粒的群体沉速试验，典型的方法是设计一个专门的沉降筒，在筒壁的不同高度设置取样孔，将搅拌均匀、具有一定浓度的浆体盛入沉降中，在不同的时刻从各取样孔抽取样本，进行含沙浓度和级配的分析，根据含沙浓度随时间的变化推求泥沙的群体沉速。此种方法工作量极大，且由于抽取样本将降低沉降筒内的液面高度，给数据分析增加了难度。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足之处，提供一种泥沙群体沉降速度的测量方法及测量装置，以实现自动、无干扰、准确地测量含沙水体中泥沙群体沉降速度。

本发明提出的一种泥沙群体沉速测量方法采用的测量装置，其特征在于，该装置包括沉降筒、多个测压设备和计算机三部分；沉降筒为垂直放置的任意截面形状的柱状容器，边壁沿垂向均匀布置多个测压孔，测压孔的个数不少于3个；测压设备垂直安装在测压孔中，并与边壁密封，测压设备的感压元件的中心与测压孔中心齐平；各测压设备与计算机相连，在计算机的控制下同步测量压强，并将测量结果实时传回计算机进行分析和存储。

本发明还提出采用上述装置的泥沙群体沉速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）将待测沙浆盛入沉降筒，静置沙浆待液面恢复平静后，通过计算机开启各测压设备开始按设定的频率同步测量浑水压强，各测压设备将实时测量的压强传回计算机；

2）根据各测压设备测量的压强计算沙浆在任意时刻t的平均含沙量：设测压设备的个数为N，各测压设备2及所在的水平面分别编号为n（n=1,2,…N）,水平面n距离沙浆液面的高差为H_n(n=1,2,…N)，测压设备n在任意时刻t的压强读数为P_n(t)(n=1,2,…N)，各测压设备测量压强的频率为f＝1/Δt，其中Δt为测压时间间隔；根据静水压强的定义，水平面n与液面之间的沙浆在任意时刻t的体积平均容重为：

γn‾(t)=Pn(t)Hn,(n=1,2,...N)---(1)]]>

根据质量含沙量的定义，水平面n与液面之间的沙浆的平均含沙量与体积平均容重之间满足如下关系：