[發明專利]小型固結粘性泥沙起動測量系統

在審

• 申請號: 201310168885.1
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN104142223A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發明（設計）人: 陳建;侯懿軒;賈蕾;趙若鼎
• 申請（專利權）人: 華北水利水電學院
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N11/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

所屬技術領域

本發明涉及利用有機玻璃管材結合DANTEC2維PIV測速系統構成固結粘性泥沙起動的小型測量系統。

背景技術

在多沙河流中(包括河床、河岸和灘地)粘性泥沙占有一部分的比重，同時它也大量存在于水庫、河口地區中，并在這些地區的水流因素作用下逐漸淤積固結。粘性泥沙的起動不同于非粘性泥沙，它與淤積固結條件有關，并受泥沙物質組成、物理化學性質等多因素的影響。

目前在粘性泥沙起動沖刷問題上，大部分研究者采用人工鋪沙的方法對新淤粘性泥沙的起動沖刷進行了較多的研究，而淤積固結歷時長，泥沙淤積固結特性的差異才明顯，人工鋪沙與自然淤積也有一定的差距；還有一部分研究者通過實地取樣對固結粘性泥沙或粘性原狀土進行了較多的研究，但是由于不同地區粘性泥沙淤積固結條件不同，并且實地取樣難免對土樣有所擾動，造成取樣差別較大，使得試驗資料的無序性，難以得出比較有規律性的成果。在固結粘性泥沙起動研究過程中亟需小巧、實用、有效的測量系統。

發明內容

為滿足研究固結粘性泥沙起動問題的需要、簡單有效的量測固結粘性泥沙起動過程中的相關參數，本發明提供了一種小型、實用、量測精度高的固結粘性泥沙起動測量系統。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明由過流裝置、土樣安放裝置、量測裝置，各個部分的組成及功能如下：

過流裝置是一個有機玻璃材質的矩形水管，實現水流循環及流量控制的功能。

土樣安放裝置主要有土樣筒及頂土裝置構成，實現隨沖刷發展而持續供應土樣的功能。

量測裝置主要是DANTEC2維PIV測速系統，主要有激光器、攝像頭、計算機以及玻璃材質的入光板構成，實現流速及泥沙運動的量測，具體工作流程如下：激光器發射光源進入入光板形成測量平面，兩個攝像頭進行側面圖像數據采集，計算機進行圖像數據的存儲及處理。

該量測裝置具有以下特點：

(1)小型化。改變傳統對泥沙基本運動規律的實驗研究方法，不再使用普通明渠水槽和環形水槽，采用封閉有機玻璃管道水槽作為固結粘性泥沙起動沖刷的實驗裝置，相比已有實驗儀器，可以有效減少實驗設備的體積，在實現既定目標的前提下，具有減少成本、設置簡單的優點。

(2)量測精度高。流速及泥沙運動速度的量測采用DANTEC2維PIV測速系統，該系統具有測量精度高、采樣頻率自動優化以及空間分辨率高、測量范圍寬等優點，是解決各種非常規流場或復雜流場條件下測量流場的有力工具，為提高固結粘性泥沙起動研究中的測量精度提供技術支持。

(3)實用。通過實驗結果分析，該小型測量系統的量測成果可以作為固結粘性泥沙起動實驗研究的實驗成果。

附圖說明

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進一步說明：

圖1是本發明的工作示意圖

采用封閉有機玻璃管道水槽作為固結粘性泥沙起動沖刷的實驗裝置。封閉水槽為3cm×12cm(即高3cm，寬12cm)的矩形斷面，水槽長為2.0m。實驗時，泥沙試樣放置與其大小一致的土樣筒內，土樣筒內徑為7cm，中心點距進口為1.2m，距出口0.8m。土樣筒下方頂土裝置為一橡膠活塞，在實驗過程中，采用手動升降螺桿來控制橡膠活塞，從而可以根據泥沙試樣隨水流的沖刷情況來調整泥沙試樣在土樣筒內的高度使其表面與水槽底部齊平。在土樣筒的正上方的矩形水管空腔里面順流放置一3cm×20cm的玻璃材質入光板，激光器發射光源進入入光板形成測量平面，兩個攝像頭進行側面圖像數據采集，計算機進行圖像數據的存儲及處理。