[发明专利]推移质沉积模拟试验装置和方法

说明书

本发明提供了一种推移质沉积模拟试验装置和方法，将用于模拟推移质的吸水珠加入试验水槽中平行的两块玻璃板之间，并采用动力装置控制两块平行玻璃板左右摆动，使吸水珠随玻璃板的摆动而运动，模拟推移质沉积过程中的受力环境，因为玻璃板的摆动时间不受限制，所以推移质受剪应力影响进行运动的时间也不受限制，进而突破了推移质沉积规律研究的时间尺度的限制，更好地模拟了推移质的沉积过程，试验数据更准确，利于研究流体速度场对推移质沉积规律的影响。

技术领域

本发明涉及推移质研究领域，尤其涉及一种山区水库库底推移质沉积模拟试验装置和方法。

背景技术

推移质研究主要是为了认识水流中的推移质运动规律、河床演变规律，进而解决水利工程中的推移质问题。研究推移质在流体中的冲刷、悬浮、输移和沉积规律，是水利学科的理论基础之一，推移质在水体中的沉降速度是研究挟沙水流运动特性的基础。

山区水库的特点在于：河流携带的大颗粒推移质较多，在河流汇入水库后，水流流速减缓，输沙能力降低，其携带的大颗粒推移质部分或全部的在水库库底沉积。在自然界的观察中发现，推移质的沉积中出现小颗粒推移质沉积到更底层，大颗粒推移质相对位置靠上的特点，而流体速度场对推移质沉积规律的影响却不清楚，因此寻求一种研究不同粒径推移质沉积规律试验装置和方法，尤其是一种山区水库库底推移质沉积规律模拟试验装置和方法，以通过物理试验研究其背后的理论特性是十分必要的。

当前推移质运动领域的物理试验，一般是来通过室内长水槽实现的，而受室内空间大小的限制，无法建立无限长的水槽，推移质在水槽首端进入水槽后，在很短的时间内就被流水携带到水槽尾端，因此推移质沉积规律研究的时间尺度受限就成为了试验设计中的首要问题。第二个问题是，常规用于研究推移质运动规律的试验往往关注宏观的堆积规律，并不能实时的捕获堆积过程中流体的速度场和推移质的位移特征。

因为，推移质的运动过程主要受剪应力的影响，根据推移质沉积过程中特殊的受力特性，由外力带动推移质运动就可以模拟推移质沉积过程中的受力环境。通过简化推移质的受力环境来研究不同粒径推移质纵向沉积特性，一定程度上可以简化理论研究的难度。因此，提供一种简化常规的水槽设计的试验装置来为理论研究提供依托，是科研人员和工程技术人员努力追求的方向，也是对推移质沉积规律进一步深入研究的必要条件。

发明内容

本发明实施例提供了一种推移质沉积模拟试验装置和方法，解决无法建立无限长的水槽导致推移质沉积规律研究的时间尺度受限的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种推移质沉积模拟试验装置，包括：试验水槽、动力装置以及测量装置；

试验水槽中设置有两块玻璃板以及位于两块玻璃板之间的若干吸水珠及示踪粒子；玻璃板与试验水槽的底部始终接触，并且玻璃板长度等于试验水槽的宽度；

动力装置连接两块玻璃板，可带动两块玻璃板同步摆动，两块玻璃板在摆动过程中始终相互平行；

测量装置包括：

激光粒子成像装置，用于获取吸水珠及示踪粒子的位移图像；

PC，连接激光粒子成像装置，接收位移图像，并根据位移图像计算吸水珠缝隙的水速度场及吸水珠的位移场。

一实施例中，激光粒子成像装置包括：激光器、光学转换装置以及高速相机；

激光器设置于试验水槽的侧面，用于向试验水槽发射激光束；

光学转换装置设置于激光器与试验水槽之间，用于将激光束转换成片光，以照射吸水珠和示踪粒子；

高速相机位于试验水槽的正面或背面，用于拍摄位移图像，高速相机连接PC机。

一实施例中，高速相机的镜头上设有滤镜。