[發明專利]不同水流速度下充填物變化過程觀測裝置及方法

有效

• 申請號: 201610815377.1
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN106323591B
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 李術才;潘東東;許振浩;孫超群;黃鑫;林鵬;屠文峰;何樹江;陳紅賓
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00;G01N11/00;G01N33/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明涉及一種不同水流速度下充填物變化情況觀測裝置及方法，由試驗水管、水流速度調節裝置、流速計、可拆卸透明觀測裝置、高速攝像機組成。試驗時，試驗裝置內部進水口處安裝的水流速度調節裝置調節水流速度大小。流速計實時的獲取到水流的速度，通過數據連接線將流速信息記錄并顯示在流速顯示器上。可拆卸透明觀測裝置利用高強度透明鋼化玻璃制作而成，使得內部充填物變化信息實時觀測。填料區內部填筑一定顆粒級配的充填物，用透水隔板作為填料區的左壁。在水力沖刷與篩網作用下，充填物運移并且自動粒徑分級，由高速攝像機實現全過程記錄，內部信息實時獲取。篩網連接的流速感應裝置，實時的將流速的變化顯示在流速傳感接收裝置上。

技術領域

本發明涉及一種充填物變化過程觀測裝置及方法，尤其是一種用于變流速下充填物變化過程實時觀測的裝置及方法。

背景技術

隧道(洞)及地下工程是交通、水利水電等國家基礎設施工程建設的控制性工程，涉及公路、鐵路、水電、跨流域調水以及礦山資源開發等諸多工程領域。特別是隨著國家科技戰略發展規劃的逐步實施，交通路網向遍布崇山峻嶺的西部縱深拓展。然而，隧道施工過程中遭遇的突水涌泥災害極其嚴重，其復雜的動態演化過程的研究是控制災害發生和治理災害的有效途徑。科學工作者通過各種研究手段對地下工程施工過程中所遇到的突水涌泥災害進行研究，但是實際工程中難于觀測到巖溶管道中充填物的變化情況，實驗成為觀測充填物變化的有效手段。

充填型巖溶管道突涌水過程物理模擬優劣的關鍵是能否實時的觀測到充填物在水流作用下的變化情況。目前，用于觀測巖溶管道充填物變化過程的儀器較少，試驗系統的可視性較差，實時觀測充填物的變化情況存在較大的困難。現有部分科學工作者試圖通過模擬透明相似材料來觀測實驗過程，但是相似材料并不能完全體現出充填物的性質，試驗結果的可靠性大大降低。另一方面，相應的模擬裝置和方法還有待成熟。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有充填型巖溶管道型突涌水過程模擬技術的不足，提供一種透明可視觀測裝置及方法。此裝置水流速度可調節，可以滿足不同水流速度下充填物變化情況的研究。搭載高速攝像技術進行實時信息獲取，有利于提高試驗結果的可分析性，提高試驗研究的精確性；充填物自動粒徑分級及流速實時監測裝置，保證了試驗過程各粒徑充填物質量的可測性，以及流體流過濾網的流速。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種用于不同水流速度下充填物變化情況觀測裝置，包括試驗水管，所述的試驗水管的一端為進水口，另一端為出水口，在試驗水管進水口安裝有水流速度調節裝置，在試驗水管內設有一段填料區，沿著水流動方向，在填料區的前面設有隔水板，在填料區的后面間隔設有不同粒徑的篩網，在水力沖刷與篩網的過濾作用下，填料區的充填物運移并且自動粒徑分級，同時通過流速調節裝置調節水流速度來觀測不同水流速度下充填物變化情況。

進一步的，所述的填料區的外側設有攝像機，對整個過程進行記錄。

試驗時，水經過進水口進入試驗水管內部，通過試驗水管進水口處安裝的速度調節裝置可以調節水流速度大小。安裝在試驗水管側壁上的流速計可以實時的獲取到水流的速度，通過數據連接線將流速信息顯示在流速顯示器上。可拆卸的透明觀測裝置，安裝高透明度的鋼化玻璃頂板，左側區域為裝有透水隔板的填料區，根據試驗水管側壁上預留卡槽設置三層不同粒徑的篩網，篩網連接流速傳感接收裝置。在水力沖刷與篩網作用下，充填物運移并且自動粒徑分級，由高速攝像機實現全過程記錄，內部信息可以實時獲取。篩網連接的流速傳感接收裝置，可以實時的將流速的變化顯示在流速傳感接收裝置上。通過流速調節裝置即可達到觀測不同水流速度下充填物變化情況的目的。

所述水流速度調節裝置，利用螺栓連接固定在進水口的后方，實現對水流速度大小的調節。

進一步的，在試驗水管的側壁上還安裝有流速計，能夠實時監測流速變化，并且通過數據連接線將流速信息傳輸到流速顯示器上。