[發明專利]水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置和方法

在審

• 申請號: 202310136831.0
• 申請日: 2023-02-20
• 公開（公告）號: CN116104145A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李強;王新泉;王康宇;刁紅國
• 申請（專利權）人: 浙大城市學院
• 主分類號: E02D33/00
• 分類號: E02D33/00;E02B1/02
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 張羽振

1.一種水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置，其特征在于，包括：交變式流槽系統，地基和沖刷防護系統，加載和測量系統，顆粒運動捕捉和視頻采集系統；

所述交變式流槽系統包括流槽(1.1)，四條流槽(1.1)相交于實驗箱(2.1)；所述流槽(1.1)與實驗箱(2.1)相接處設有墊塊(1.4)；流體(1.3)在流槽(1.1)中流動；流槽(1.1)內設有組合式造浪閘門(1.2)；

所述地基和沖刷防護系統包括實驗箱(2.1)、地基(2.2)、沖刷防護結構(2.4)和基礎(2.5)，所述實驗箱(2.1)內裝載有地基(2.2)，實驗箱(2.1)表面和地基(2.2)內部均設有標記點陣和網格線(2.3)；地基(2.2)內摻有標記顆粒或示蹤粒子；地基(2.2)上部一定范圍內敷設有沖刷防護結構(2.4)；基礎(2.5)貫穿沖刷防護結構(2.4)伸入地基(2.2)內；

所述加載和測量系統通過加載支架(3.1)安裝于實驗箱(2.1)上方，加載支架(3.1)側面安裝有橫向電動機(3.2)，橫向電動機(3.2)連接橫向螺桿(3.4)；加載支架(3.1)頂面安裝有橫向滑軌(3.3)和豎向電動機(3.5)，豎向電動機(3.5)下部連接有豎向滑軌(3.6)、豎向螺桿(3.7)和加載臂(3.8)形成豎向加載模塊，橫向螺桿(3.4)轉動時豎向加載模塊沿橫向滑軌(3.3)滑動，豎向加載模塊通過連接機構(3.10)連接基礎(2.5)頂部；

所述顆粒運動捕捉和視頻采集系統安裝于實驗箱(2.1)側面和上部，包括激光掃描儀(4.1)、高頻照相機(4.2)和攝像機(4.3)。

2.根據權利要求1所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置，其特征在于：所述交變式流槽系統中，流槽(1.1)的橫斷面為矩形或半圓形，流槽(1.1)外部連接流體源，流槽(1.1)內設有用于控制流體(1.3)流量和方向的閥門，所述的流體(1.3)為水或水以外的粘性介質。

3.根據權利要求1所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置，其特征在于：所述地基和沖刷防護系統中，地基(2.2)材質為塑料顆粒、黏土或細沙，沖刷防護結構(2.4)包括石塊、橡膠軟墊、半固態-固態水泥和仿生水草，實驗箱(2.1)為透明材質。

4.根據權利要求1所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置，其特征在于：還包括測量裝置，所述測量系統包括三向測力計(3.9)、激光位移計(3.11)和加速度計(2.6)；加載臂(3.8)與連接機構(3.10)之間安裝有三向測力計(3.9)，加載支架(3.1)上安裝有激光位移計(3.11)，基礎(2.5)內置有加速度計(2.6)。

5.根據權利要求3所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置，其特征在于：沖刷防護結構(2.4)的形態和構造根據實驗需要確定，也可以不設置沖刷防護結構(2.4)。

6.如權利要求1至5中任一所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將流槽(1.1)與實驗箱(2.1)連接，流槽(1.1)上安裝組合式造浪閘門(1.2)，將墊塊(1.4)安放于流槽(1.1)與實驗箱(2.1)相接處；

S2、實驗箱(2.1)內裝載地基(2.2)和標記點陣和網格線(2.3)，視實驗需要將沖刷防護結構(2.4)敷設于地基(2.2)表面，并安裝基礎(2.5)；

S3、組裝加載和測量系統，將三向測力計(3.9)安裝在加載臂(3.8)上，同時將連接機構(3.10)與基礎(2.5)相連；

S4、開啟激光掃描儀(4.1)、高頻照相機(4.2)和攝像機(4.3)，并調試至運行狀態；

S5、開啟外部閥門，使流體(1.3)在流槽(1.1)和實驗箱(2.1)內按指定參數流動，并視實驗需要開啟組合式造浪閘門(1.2)制造波浪效應；啟動豎向加載模塊，對基礎(2.5)施加荷載作用；

S6、借助激光掃描儀(4.1)、高頻照相機(4.2)和攝像機(4.3)，通過拍照和錄像，對實驗過程進行記錄，計算機繪制地基(2.2)和沖刷防護結構(2.4)在流體(1.3)沖刷作用下實時演變過程的三維圖形和視頻。

7.根據權利要求6所述的水下基礎沖刷發展過程及結構防護性能的實驗裝置的實驗方法，其特征在于：利用激光掃描儀(4.1)照射和捕捉地基(2.2)、沖刷防護結構(2.4)和流體(1.3)內標記顆粒或示蹤粒子的運動軌跡；利用高頻照相機(4.2)結合實驗箱(2.1)表面的標記點陣和網格線(2.3)記錄實驗箱(2.1)內結構物的變形；利用攝像機(4.3)拍攝記錄實驗步驟和過程。