[發明專利]一種模擬海浪侵蝕條件下碼頭生態岸坡穩定性的實驗裝置及其方法

有效

• 申請號: 202111314438.3
• 申請日: 2021-11-08
• 公開（公告）號: CN113846599B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 化天然;葉觀瓊;姚炎明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: E02B1/02
• 分類號: E02B1/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

1.一種模擬海浪侵蝕條件下碼頭生態岸坡穩定性的實驗裝置，其特征在于,包括碼頭岸坡模擬系統、造波系統、水位控制系統、海床模擬系統、總體控制系統：

所述碼頭岸坡模擬系統包括無蓋透明水槽（1）、可旋轉背板（2）、旋轉軸（3）、護面塊體模型（4）、人造植被（5）、第一液壓桿（61）、坡頂平臺模型（17）、引橋模型（18）、墩模型（19）、細纜繩（20），所述旋轉軸（3）穿過所述可旋轉背板（2）下部，將所述可旋轉背板（2）固定于所述無蓋透明水槽（1）底部；所述第一液壓桿（61）前部非固定抵靠在所述可旋轉背板（2）的背面，后部連接所述無蓋透明水槽（1）側壁，可調節所述可旋轉背板（2）與所述無蓋透明水槽（1）底面的夾角大小；所述護面塊體模型（4）通過規則排列方式堆積在所述可旋轉背板（2）的正面上，表面覆蓋有所述人造植被（5）；所述坡頂平臺模型（17）水平放置于所述護面塊體模型（4）的頂端上，坡頂平臺模型（17）至少一部分為鐵材質，可通過磁鐵磁吸在所述無蓋透明水槽（1）側壁上，所述引橋模型（18）的一端與所述坡頂平臺模型（17）鉸接；所述墩模型（19）鉸接于所述引橋模型（18）的另一端上并通過細纜繩（20）錨定于海床模擬材料（14）中；

所述造波系統包括推板（7）、第二液壓桿（62），所述第二液壓桿（62）用于控制所述推板（7）做往復平移運動，產生水波；所述第一液壓桿（61）和第二液壓桿（62）分別設置在無蓋透明水槽（1）相對的兩個側壁上；

所述水位控制系統包括水箱（8）、廢水箱（9）、進水管（10）、出水管（11）、進水閥門（12）、出水閥門（13），所述水箱（8）與所述無蓋透明水槽（1）通過所述進水管（10）連接，所述進水管（10）上裝有所述進水閥門（12）用于控制海水模擬溶液進入所述無蓋透明水槽（1）；所述廢水箱（9）與所述無蓋透明水槽（1）通過所述出水管（11）連接，所述出水管（11）上裝有所述出水閥門（13）用于控制海水模擬溶液流出所述無蓋透明水槽（1）；

所述海床模擬系統包括海床模擬材料（14），所述海床模擬材料（14）鋪設在所述無蓋透明水槽（1）底面上，鋪設厚度與所研究海區海底地形相匹配；

所述總體控制系統包括計算機控制系統（16），所述第一液壓桿（61）和第二液壓桿（62）分別通過電線（15）與所述計算機控制系統（16）相連，計算機控制系統（16）可分別對所述可旋轉背板（2）和所述推板（7）的運動進行獨立控制。

2.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述無蓋透明水槽由有機玻璃制成，為長方體；無蓋透明水槽的側面繪有水平刻度線，用以檢查水位高度。

3.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述護面塊體模型為扭王字塊或扭工字塊，使用水泥或混凝土制成，各塊體尺寸一致。

4.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述水箱中存貯有海水模擬溶液，用以模擬真實波浪特征。

5.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述海床模擬材料選用環氧樹脂。

6.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述坡頂平臺模型使用HDPE材料制成，其內部設置有鐵材質的填充件，坡頂平臺模型可通過磁鐵磁吸在無蓋透明水槽（1）側壁上。

7.如權利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，所述引橋模型和所述墩模型使用HDPE材料制成，所述墩模型為一個或多個，當為多個墩模型時，各個墩模型之間呈固定角度固結。

8.一種權利要求1所述實驗裝置的碼頭生態岸坡穩定性分析實驗方法，其特征在于包括如下步驟：

a、將所述無蓋透明水槽平置于水平臺面上，組裝實驗裝置，并在水槽側壁布設觀測儀器；

b、打開所述計算機控制系統，輸入所需要的岸坡坡度，所述第一液壓桿根據設置坡度進行伸縮，控制所述可旋轉背板以所述旋轉軸旋轉，以實現坡度變化；

c、在所述可旋轉背板表面，根據研究工況使用所述護面塊體模型和所述人造植被搭建模擬生態岸坡；

d、緊鄰所述護面塊體模型的頂端，水平放置所述坡頂平臺模型，并使用磁鐵將所述坡頂平臺模型磁吸在所述無蓋透明水槽側壁上；

e、在所述無蓋透明水槽底面上根據研究海區海底地形鋪設所述海床模擬材料，模擬海區地質情況；

f、在所述護面塊體模型正面，根據研究碼頭實際，組合所述墩模型和所述引橋模型，并將所述引橋模型鉸接在所述坡頂平臺模型上，將所述墩模型通過細纜繩錨定于所述海床模擬材料中；

g、開啟進水閥門，所述水箱中的海水模擬溶液通過所述進水管進入所述無蓋透明水槽，水位上升至研究工況所需高度時關閉進水閥門；

h、在所述計算機控制系統中，輸入所需的波高和周期，所述第二液壓桿根據設置波況控制所述推板周期性水平運動，產生波浪，波浪對所述護面塊體模型、所述引橋模型和所述墩模型造成沖擊；

i、利用觀測儀器記錄波浪沖擊下碼頭生態岸坡的形態變化情況；并記錄所述引橋模型和所述墩模型在波浪作用下的形態變化情況；

j、需降低水位或者試驗結束時，開啟所述出水閥門，所述無蓋透明水槽中的海水模擬溶液通過所述出水管進入廢水箱，待海水模擬溶液降至目標水位或完全排出時關閉出水閥門；

k、拆卸所述引橋模型和所述墩模型，分區域記錄所述護面塊體模型、所述引橋模型和所述墩模型的形態變化情況及所述人造植被存活情況，清除所述人造植被，并使用測量工具定量測定所述護面塊體模型、所述引橋模型和所述墩模型的磨損情況。