[发明专利]一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的方法

说明书

本发明涉及一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的方法，属于水利技术领域。该方法采用的水工模型包括水槽、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构、拍摄装置和流速测量装置，利用多元结构土体放置装置，很容易制备多元结构土体，同时方便放置或更换土样，在试验前，模具较易拆卸，能快速地将多元结构土体放置在水槽中试验部位，操作方便，使用便捷。而且，拍摄装置和测量装置都确保了试验数据的及时采集和完整。

技术领域

本发明涉及一种利用水工模型模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的方法，属于水利技术领域。

背景技术

冲积性河流河床（河岸）大多存在典型的分层结构，既有极细沙形成的胶泥层，又有粗沙形成的软弱层，在胶泥层上下周边往往分布的是粗沙及细沙等软弱夹层。由于分层结构的存在导致河床不同部位抗冲性不同，使得频频出现畸形河势、滩岸坍塌等现象，造成河势不稳，威胁下游河道防洪，引发一系列问题。

对于粘土层较少的河岸，土体颗粒组织较为松散，抗冲能力弱。对于由中密及稍密细沙或粉质、沙质壤土组成的河岸，不仅抗冲能力极弱，而且塌落的土体极易分解成散粒而被水流带走；在水流冲刷能力很强和土质抗冲能力极弱的条件下，如果河岸抗冲性沿程比较均一，则河岸将以较大的崩塌速度基本上平行后退，岸线呈连续的“锯齿形”或“香蕉形”；如果河岸抗冲性沿程不均一，则在抗冲能力较弱、河岸组成比较均一的地方，河岸将以较大的塌落速度基本上平行后退；而在有胶泥层的河岸，由于胶泥层抗冲性较强，水流将不断淘刷胶泥层下部的软弱沙土层，岸线有可能形成“鸭梨形”或“口袋形”，不同河床结构土体对河势演变影响较大。由此可见，不同物质组成的多元结构河岸对水流冲击的阻抗作用明显不同。

由于天然河流中无法对多元结构河岸土体阻抗水流冲刷的形态响应进行有效监测，只能借助于模型试验开展基础理论研究。以往对河岸土体抗冲性的研究，均是针对单一结构土体（只针对粘性泥沙或非粘性泥沙）开展，同时也没有很好的把河岸土体特性和水沙运动特性结合在一起，其研究在一定程度上割裂了水流与河岸相互作用的完整性。

发明内容

本发明提供了一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的方法，充分考虑水流和河岸土体间的相互作用，多方位、清楚的记录多元结构河岸土体的冲刷过程和形态演变过程，为河道治理提供决策依据和技术支撑。本发明的技术解决方案如下：

一种模拟多元结构河岸阻抗水流冲刷的方法，包括如下步骤：

步骤一、设置多元结构河岸阻抗水流冲刷水工模型：

所述水工模型包括水槽、多元结构土体放置装置、水槽下沉结构、拍摄装置和流速测量装置，拍摄装置包括设置在水槽一侧的侧方摄像机和设置在水槽上方的上方摄像机，多元结构土体放置装置布设在水槽下沉结构中；

所述的多元结构土体放置装置包括沙土层模具和混合层模具；沙土层模具由木板组合成五个面，顶部敞口，底面木板长50cm，宽30cm，四面木板长30cm，宽10cm；每相邻两个面分别由两块合页链接，上部两侧分别用木质卡条卡住；沙土层模具底部铺有一层木质底板，木质底板的大小与沙土层模具底部相同，以刚好能放进沙土层模具为宜；木质底板两侧分别钻两个孔，每侧各穿一根铁丝；

混合层模具由木板组成四个面，上、下均为敞口，前、后两个面的长为20cm，宽为10cm，左、右两面的木板长为10cm，宽为10cm；每相邻两个面分别由一块合页链接，模具上下两侧分别由木质卡条卡住；

所述的水槽下沉结构设置在水槽中间部位，用于放置多元结构土体；

所述的流速测量装置包括布设在各个测量断面处的ADV三维流速仪；

步骤二、制作多元结构土体试样：

首先将沙土层模具组装好，再将木质底板平铺在沙土层模具内侧底部，将两侧铁丝拉直贴两侧的木板1边壁放好，放入沙土，夯实，再用木质卡条分别卡在沙土层模具上方；