[发明专利]一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法

说明书

本发明提供一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法，试验装置包括环形水槽主体、底座、旋转动力和升降系统、流速测量系统、采样装置和图像观测系统，所述环形水槽主体置于底座上，所述旋转动力和升降系统固定在底座右侧，所述流速测量系统和采样装置固定在环形水槽主体外壁上，所述图像观测系统固定在底座的左侧，本发明解决了现有粘性泥沙起动试验研究存在的与自然落淤有差异和人为影响较大的问题。

技术领域

本发明涉及水电工程技术领域，特别涉及一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法。

背景技术

粘性泥沙在河流、水库、河口及海岸水体中广泛存在，较小的粒径使其具有较强的电化学性质，在布朗运动、差速沉降和水流紊动作用下会发生絮凝，絮凝改变了粘性泥沙颗粒的存在形式，使其以絮团或絮网形式存在，从而造成粘性泥沙的起动与粗颗粒泥沙的起动大不相同，它不仅与固结历时和环境相关，而且受粘性泥沙颗粒的存在方式和颗粒之间的物理化学性质等因素的影响。

目前在粘性泥沙起动研究上，既有采用人工铺沙的方法在矩形玻璃管道中进行，还有采用现场取样对原状土进行研究，然而，人工铺沙的方法与自然落淤差别较大，后者受取样位置和土体扰动的影响会导致取样差别较大，造成试验资料无序，难以得到规律性的研究成果，同时，判别粘性泥沙是否起动以人工目视观察为主，受人为因素影响较大。综上所述，需要一种有效、方便、扰动和人为影响小的模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置及其试验方法，旨在解决现有粘性泥沙起动试验研究存在的与自然落淤有差异和人为影响较大的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的技术方案：一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置，包括环形水槽主体、底座、旋转动力和升降系统、流速测量系统、采样装置和图像观测系统，所述环形水槽主体置于底座上，所述旋转动力和升降系统固定在底座右侧，所述流速测量系统和采样装置固定在环形水槽主体外壁上，所述图像观测系统固定在底座的左侧。

所述环形水槽主体由有机玻璃材料制成，包括外壁、内壁和底板，外壁和内壁的圆心重合，固定在底板上；所述底板上均匀分布4个排水排沙孔。

所述旋转动力和升降系统包括电机、钢构件、旋转杆、可调固定夹、剪力环和支撑平台；所述电机放置在支撑平台上，电机下连旋转杆，旋转杆上安置上下可调固定夹，可调固定夹通过钢构件连接剪力环；所述支撑平台通过钢构件和固定平台连接，固定平台安置在底座上。

所述流速测量系统包括竖直固定杆、水平固定杆、可调固定夹以及流速仪；所述竖直固定杆安装在所述环形水槽外壁上，所述水平固定杆固定在竖直固定杆上，所述流速仪通过四向可调固定夹连接在水平固定杆上。

所述取样装置安置在环形水槽外壁上，包括取样管和控制阀。

所述图像观测系统包括微距镜头、高分辨率相机、传输线、计算机、三脚架、激光光源和激光光束，设置在环形水槽左侧；所述微距镜头安装在高分辨率相机上，所述高分辨率相机通过传输线连接在计算机上，下部安置三脚架固定在底座上。

一种模拟和观测粘性泥沙起动的试验装置的试验方法包括以下步骤：

(1)将采集的泥沙样本置于水流流速较高的环形水槽内使其均匀分布，同时调节水体盐度、pH值等以符合样本所处环境；

(2)调整流速测量系统的四向可调固定夹使流速仪位于0.6H处，H为水深，根据流速仪读数，通过电机控制水流流速至实际环境值，使粘性泥沙颗粒在环形槽内絮凝沉降；

(3)每间隔一定的时间，依次打开取样管的各个控制阀，分别进行取样，并测量水体浊度，待前后两次浊度变化不大时，认为粘性泥沙絮凝沉降达到平衡状态，停止剪力环的转动；