[發(fā)明專利]高含沙洪水揭河底膠泥塊底部水流紊動結構監(jiān)測方法

無效

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• 申請日: 2012-01-13
• 公開（公告）號: CN102619187A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 江恩慧;李軍華;何鮮峰;曹永濤;董文勝;趙連軍;郭西方;寧兵;顏小飛;張清;劉燕;萬強;夏修杰;董其華;顧霜妹;趙新建;潘麗;張楊
• 申請（專利權）人: 黃河水利委員會黃河水利科學研究院
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發(fā)明涉及一種河工模型，其IPC國際專利分類號為E02B1/02，特別涉及一種高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動結構的模擬監(jiān)測方法。

背景技術：

在含沙量高的河流，例如在黃河小北干流及渭河等河段，在高含沙洪水作用下，河床往往會發(fā)生劇烈的集中沖刷，在前期經過一定時期淤積、沉淀，密度較大、強度較高的“膠泥層”，有時會從床面上被揭掀而起，像卷“地毯”一樣被卷起，成塊、成片地露出水面，面積可達幾平方米甚至十幾平方米，然后在短時間內破碎、坍落，被水流沖散帶走，這種現(xiàn)象也被稱為“揭河底”。“揭河底”現(xiàn)象往往發(fā)生造成河床強烈下切，甚至，河床一次沖深幾米乃至近十米。“揭河底”沖刷往往引起河道主槽的遷徙，使工程著溜部位不斷地變化，容易造成河道工程沉蟄、坍塌，增加汛期防汛搶險的復雜性；特別是由于河槽大幅度沖刷，河道水位下降，致使沿河機電灌站脫流，嚴重影響到沿岸工農業(yè)生產。由于“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生的隨機性較強，很難在實際中測得到跟隨性較好的資料，這一問題的研究也只能從試驗模擬中突破。

江恩慧等提出了“高含沙洪水揭河底模擬試驗裝置”，該一技術在2010年10月獲得了國家實用新型專利授權(ZL?200920217654.4)，為開展“揭河底”模擬試驗提供了基礎。此外，還利用不同級配的粉煤灰來模擬河床分層淤積結構，特別是利用極細粉煤灰模擬“揭河底”發(fā)生時的膠泥塊，基于“揭河底”模擬試驗裝置，在水槽試驗中成功模擬了真正意義上的“揭河底”現(xiàn)象，申請的“高含沙洪水揭河底模擬試驗方法”2011年也獲得了國家發(fā)明專利授權(ZL200910177288.9)。

大量的試驗表明，當遇高含沙水流時，水流在造床過程中，一旦遇到抗沖性很強的膠泥塊，必將在膠泥塊前端發(fā)生流態(tài)的極大改變，在水流頂沖到膠泥塊以后，形成下潛水流，水流在能量轉換的過程中，形成強大的載能渦漩，淘刷膠泥層前端可動性較強的粗沙，待膠泥層前緣部分暴露之后，下潛水流必將繼續(xù)淘刷下層粗沙層，而且強大的紊動作用會使水流下伸到膠泥層下繼續(xù)挖掘壓在膠泥層下面的粗沙層，并逐步使膠泥層前端懸空部分增加，由水流紊動能產生的掀動力矩也會逐漸增加，這一過程如圖1所示。

膠泥塊底部水流紊動能產生的上舉力是“揭河底”發(fā)生的主要動力，但由于天然河流中我們根本無法監(jiān)測到膠泥塊底部水流紊動結構的實際情況，只能借助與水槽實驗或模型試驗開展基礎理論研究。而在水槽實驗或模型試驗的過程中，膠泥塊往往采用天然的極細沙或極細粉煤灰固結而成，如何在膠泥塊底部固定測壓傳感器，如何設計一套切實可行的實時監(jiān)測膠泥塊底部的水流紊動結構，是后續(xù)進一步深入研究的關鍵技術難題之一。本發(fā)明為高含沙洪水“揭河底”沖刷期膠泥塊底部水流紊動結構研究提供了一套可行的監(jiān)測與試驗研究方法。

發(fā)明內容：

在國家實用新型專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗裝置”(ZL?200920217654.4)及國家發(fā)明專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗方法”(ZL?200910177288.9)基礎上，針對進一步要深入開展的理論研究一膠泥塊底部水流紊動結構的發(fā)展、載能渦漩動能的傳遞過程等基礎研究，本發(fā)明提供一種高含沙洪水揭河底沖刷期膠泥塊底部水流紊動結構的模擬監(jiān)測方法。

本發(fā)明的方法包括以下步驟：

(1)膠泥塊預制

根據膠泥塊設計尺寸的大小，制作一系列不同規(guī)格的有機玻璃模具盒；采用中值粒徑小于0.01mm的極細粉煤灰或天然極細沙，放入一個較大的容器內，加水，用攪拌器將其充分攪拌均勻，制成含沙量為800～1000kg/m³的漿體；

(2)壓力傳感器連接

在所述有機玻璃模具盒底部，排布片狀薄膜式壓力傳感器，涂刷親水性底基處理膠，然后將攪拌均勻的所述漿體倒入所述有機玻璃模具盒內，將連接所述片狀薄膜式壓力傳感器的數據線從膠泥塊中后部引出；放置12小時，使?jié){體固結成膠泥塊；

(3)試驗系統(tǒng)布設

在試驗水槽的底部鋪設中值粒徑為0.05mm的粗顆粒粉煤灰模擬河床上的粗沙層，在所述模擬的粗沙層上預留膠泥塊設計尺寸大小的空間；將底部布設有所述片狀薄膜式壓力傳感器的所述膠泥塊放入預留空間，從膠泥塊尾部引出來的所述片狀薄膜式壓力傳感器的數據線直接與數據采集儀相連接；

放水進行試驗，所述片狀薄膜式壓力傳感器即可實現(xiàn)對水流壓力信號的實時采集，通過數據采集儀生成膠泥塊底部水流紊動結構的監(jiān)測數據。