[發(fā)明專利]一種疏浚粘土切削臨界射流壓力的測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710647773.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-01
• 公開（公告）號(hào): CN107315084B
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧磊;倪福生;徐立群;錢麗娜;蔣爽;李洪彬;魏長(zhǎng)赟;周凡;沈圓;謝子陽(yáng);劉光遠(yuǎn);陳秀靜;袁斌;王珺;黃佳麗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)常州校區(qū)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務(wù)所 32225
• 代理人: 孫彬

本發(fā)明公開了一種疏浚粘土切削臨界射流壓力的測(cè)量方法，選擇強(qiáng)度均勻的區(qū)域，通過窗口切削的方式，采用不同強(qiáng)度的射流切削該區(qū)域，測(cè)量切削深度，繪制切削深度隨射流壓力變化的擬合直線，該直線在射流壓力軸上的截距即為臨界射流壓力值。本發(fā)明的方法能夠減少所需粘土試樣用量，由于粘土試樣制備過程復(fù)雜且耗時(shí)較大，可一次備土進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，既可保證所備土樣特性的同一性，又可大大節(jié)省土樣制備工序和時(shí)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種疏浚粘土切削臨界射流壓力的測(cè)量方法，屬于疏浚工程技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在疏浚工程中，耙吸挖泥船挖掘粘土?xí)r，常采用水射流切削的方式，不僅可以提高挖掘效率，而且可有效減粘，因而該方式得以廣泛應(yīng)用。然而，施工中射流速度的設(shè)定還依賴于經(jīng)驗(yàn)。耙頭噴嘴射流速度過大會(huì)增加射流能耗，加大施工成本；射流速度太小則無(wú)法沖破粘土，達(dá)不到預(yù)期效果。因此，需確定粘土切削時(shí)的臨界射流壓力，從而根據(jù)施工要求合理設(shè)定射流系統(tǒng)的工藝參數(shù)。

現(xiàn)存水流沖刷粘土臨界狀態(tài)的確定方法主要包括2種：方法1：讓水流水平流經(jīng)粘土床面，逐漸提高水流速度，通過肉眼觀察或B超成像的方法觀測(cè)床面的渾濁度，將泥沙出現(xiàn)少量動(dòng)或普遍動(dòng)作為臨界狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)；方法2：采用水流垂直沖擊粘土床面某點(diǎn)，測(cè)量并計(jì)算出粘土表面的消失速度和流動(dòng)切應(yīng)力，作沖刷速度隨切應(yīng)力的變化曲線，將該曲線的拐點(diǎn)作為臨界狀態(tài)點(diǎn)，采用該方法普遍發(fā)現(xiàn)臨界狀態(tài)與土體強(qiáng)度密切相關(guān)。

耙吸挖泥船上射流隨船體一起運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)速度較快，達(dá)0.5-1.5m/s。采用現(xiàn)有方法測(cè)量這種快速移動(dòng)下的破土臨界壓力，會(huì)存在下列不足：

1、方法1主要針對(duì)河床沖刷的預(yù)防，將泥沙稍有起動(dòng)即作為河床收到?jīng)_刷的臨界，但是疏浚施工以破碎土體為目的，床面的可觀性破壞應(yīng)該作為切削產(chǎn)生效果的臨界，因此方法1的臨界標(biāo)準(zhǔn)并不適合測(cè)量疏浚工程中的臨界射流壓力；

2、方法1采用肉眼觀察或B超成像的方法觀測(cè)床面渾濁度，疏浚中噴嘴貼床面移動(dòng)時(shí)，對(duì)床面稍有插碰即可能產(chǎn)生水體渾濁，因此方法1的觀測(cè)方法不適合疏浚中的貼壁移動(dòng)射流切削；

3、方法2為了測(cè)量床面的消失速度，需頻繁啟閉射流以測(cè)量沖刷深度，在啟閉過程中射流的強(qiáng)度會(huì)有所變化，造成的沖刷量也被包括到?jīng)_刷速度的計(jì)算中了，這必然會(huì)產(chǎn)生一定的系統(tǒng)誤差。

4、臨界狀態(tài)與土體強(qiáng)度密切相關(guān)，噴嘴快速移動(dòng)時(shí)切削的土體長(zhǎng)度較大，這就要求該長(zhǎng)度范圍內(nèi)土體強(qiáng)度均勻，這在現(xiàn)場(chǎng)基本無(wú)法做到，即使是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，其制備難度和工作量也非常大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有臨界狀態(tài)方法不適合疏浚領(lǐng)域快速移動(dòng)射流切削粘土的問題，提出一種臨界射流壓力的測(cè)量方法，可以保證消耗較少土樣獲取測(cè)量結(jié)果，即可降低備土難度和工作量，又可提高測(cè)量準(zhǔn)確性，同時(shí)測(cè)量方法客觀準(zhǔn)確。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

選擇強(qiáng)度均勻的區(qū)域，通過窗口切削的方式，采用不同強(qiáng)度的射流切削該區(qū)域，測(cè)量切削深度，繪制切削深度隨射流壓力變化的擬合直線，該直線在射流壓力軸上的截距即為臨界射流壓力值。其中窗口切削指，露出選擇區(qū)域，采用平板遮蓋未選擇土樣區(qū)域，射流在土樣上方移動(dòng)時(shí)，僅會(huì)切削露出區(qū)域，該區(qū)域即為窗口區(qū)域，沿切削方向窗口的尺度稱作窗口寬度。

具體測(cè)量步驟如下：

(1)、測(cè)量土樣的不排水抗剪強(qiáng)度，選擇強(qiáng)度均勻的區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)區(qū)域；

(2)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件選取固定的噴嘴和移動(dòng)速度，采用某一強(qiáng)度的射流切削土樣，若未出現(xiàn)顯著切削深度，則適當(dāng)提高射流壓力，直至出現(xiàn)顯著切削深度；在該射流強(qiáng)度上依次遞增共取若干個(gè)射流壓力值，作為實(shí)驗(yàn)工況，壓力的測(cè)量通過電磁流量計(jì)測(cè)算噴嘴速度后計(jì)算獲得；

p_j＝8ρq²_v/(π²d⁴)