专利名称：高含沙洪水揭河底期间胶泥块内力变化过程的监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种水エ模型试验设备的制作装置，其IPC国际专利分类号为E02B 1/02，特别涉及ー种高含沙洪水“揭河底”模拟试验过程中，能够实现实时监测胶泥块在揭起、翻转期间的内力变化过程的胶泥块的制作装置。
技术背景在含沙量高的河流，例如在黄河小北干流及渭河等河段，在高含沙洪水作用下，河床往往会发生剧烈的集中冲刷，在前期经过一定时期淤积、沉淀，密度较大、強度较高的“胶泥层”，有时会从床面上被揭掀而起，像卷“地毯” 一样被卷起，成块、成片地露出水面，面积可达几平方米甚至十几平方米，然后在短时间内破碎、坍落，被水流冲散带走，这种现象也被称为“揭河底”，是黄河“高含沙水流运动的特有现象之一”。“揭河底”现象往往发生造成河床強烈下切，甚至，河床一次冲深几米乃至近十米。“揭河底”冲刷往往引起河道主槽的迁 徙，使工程着溜部位不断地变化，容易造成河道工程沉蛰、坍塌，増加汛期防汛抢险的复杂性；特别是由于河槽大幅度冲刷，大河水位下降，致使沿河机电灌站脱流，严重影响到沿岸エ农业生产。上世纪七十年代以来，这ー现象就受到国内外水利工作者的高度关注，并开展了大量的研究，为人们进ー步认识“揭河底”现象奠定了基础，但由于“揭河底”现象发生的随机性，很难在实际中测得到跟随性较强的“揭河底”实测资料，这ー问题的研究也只能从试验模拟中突破。江恩慧等提出了“高含沙洪水揭河底模拟试验装置”，该ー技术在2010年10月获得了国家实用新型专利授权(ZL 200920217654. 4)，为开展“揭河底”模拟试验提供了基础。此外，还利用不同级配的粉煤灰来模拟河床分层淤积结构，特别是利用极细粉煤灰模拟“揭河底”发生时的胶泥块，基于“揭河底”模拟试验装置，在水槽试验中成功模拟了真正意义上的“揭河底”现象，申请的“高含沙洪水揭河底模拟试验方法” 2011年也获得了国家发明专利授权(ZL200910177288. 9)。原型观测、现场录像及室内模拟试验均表明，“胶泥块”被揭起、翻转、露出水面过程中，有时胶泥块会出现折断的情况，有时也会看到“胶泥块”揭起后整块土体塌落水中而不会断裂散落。为了进一歩弄清个中原因，必须深入研究黄河高含沙洪水“揭河底”期间胶泥块内力的变化过程。而目前，模型本身根本无法对“胶泥块”本身应カ的变化过程进行监测，水槽实验和模型试验也没有一套有效的监测技术与方法。本实用新型为黄河高含沙洪水“揭河底”期间胶泥块内力变化过程的监测提供了一套切实可行的监测装置与方法
实用新型内容
本次实用新型内容是在实用新型专利“高含沙洪水揭河底模拟试验装置”(ZL200920217654. 4)及发明专利“高含沙洪水揭河底模拟试验方法”(ZL200910177288. 9)基础上，为了在试验过程中对“胶泥块”被揭起、翻转、露出水面过程中“胶泥块”本身内部应力的变化过程进行实时监测，本实用新型的技术方案是[0006]ー种高含沙洪水揭河底期间胶泥块内力变化过程的监测装置，包括数据采集仪和多个单点式薄膜压カ传感器，其中，所述多个单点式薄膜压カ传感器垂直间隔布设在胶泥块的受压区，并通过数据线与所述数据采集仪相连接。必须制作一种专用的胶泥块，本实用新型将提供一种这种胶泥块的制作装置。本实用新型的技术方案是ー种高含沙洪水揭河底模拟试验用胶泥块的制作装置，包括模具盒和多个单点式薄膜压カ传感器，在所述模具盒的前后两端各固定有I根钢支架，在所述钢支架上面固定放置有一根滑杆；在所述模具盒的左右两侧及底部设置有多个固定螺栓，在所述固定螺栓上系有高強度碳纤维；所述多个单点式薄膜压カ传感器间隔放置在模具盒内，每个所述单点式薄膜压カ传感器的下部和左右两侧与系在所述固定螺栓上的所述高强度碳纤维连接固定，上部通过高强度碳纤维固定在所述滑杆上。本实用新型的高含沙洪水揭河底模拟试验用胶泥块的制作装置，结构简单，操作方便，制作的胶泥块，在高含沙洪水揭河底模拟试验中，能够实时、准确地监测胶泥块本身内部的应カ变化情况，为进一歩深入研究黄河“揭河底”现象这ー难题提供了可行的试验方法和装置，为认清“揭河底”现象发生机理、建立“揭河底”冲刷指标奠定了基础，为制定黄河防洪预案和防汛工程的规划设计，提供了重要的依据和參考。
图I为本实用新型的制作装置的主视图图2为本实用新型的制作装置的俯视图图3为本实用新型的制作装置的侧视图图4为本实用新型采用的单点式薄膜压カ传感器示意图图5为采用本实用新型制作的胶泥块的监测系统示意图图中，I为模具盒，2为钢支架，3为滑杆，4为高强度碳纤維，5为单点式薄膜压カ传感器，6为粗砂层，7为胶泥块，8为数据采集仪，V为水流方向，d为胶泥块厚度。
具体实施方式
ー种高含沙洪水揭河底模拟试验用胶泥块的制作装置，包括模具盒I和多个单点式薄膜压カ传感器5，在所述模具盒I的前后两段各固定有I根钢支架2，在所述钢支架2上面固定放置有一根滑杆3 ;在所述模具盒I的左右两侧及底部设置有多个固定螺栓，在所述固定螺栓上系有高強度碳纤维4;所述多个单点式薄膜压カ传感器5间隔放置在模具盒I内，每个所述单点式薄膜压カ传感器5的下部和左右两侧通过系在所述固定螺栓上的所述高強度碳纤维4固定，上部通过高强度碳纤维固定在所述滑杆3上。采用本实用新型的制作装置制作胶泥块，进行高含沙洪水揭河底期间胶泥块内力变化过程的实时监测时，包括以下步骤(I)专用模具盒制作根据胶泥块7的不同尺寸，设计制作一系列不同规格的有机玻璃模具盒1，如图I-图3所示。模具盒I两边各固定I根钢支架2，上面放置一根滑杆3。试验采用单点式薄膜压カ传感器5 (见图4所示)，设计传感器布设网络图，单点式薄膜压カ传感器5位置可以通过滑杆3移动。模具盒I的左右两侧及底部设置多个固定螺栓，前端打眼，上系高强度碳纤维4，每个单点式薄膜压カ传感器5都通过上下左右4根高強度碳纤维4固定，确保每个单点式薄膜压カ传感器5都布置在模具盒I的上半部分，使单点式薄膜压カ传感器5完全处于胶泥块7的受压区，并垂直固定于设计的监测位置，且稳定。(2)胶泥块的预制利用中值粒径小于O. Olmm的极细粉煤灰或天然沙制成含沙量为800 IOOOkg/m3的浆体，用搅拌器将其充分搅拌均匀，待用；调整单点式薄膜压カ传感器5，使其垂直立放于胶泥块7的受压区；拉紧上下左右4条高强度碳纤维4，使其稳固；将连接单点式薄膜压力传感器5的数据线从模具盒I的尾部上方引出；将搅拌好的浆体逐渐倒入模具盒I里，停放12小时，使其固结，制成胶泥块7。(3)试验系统布设依据“高含沙洪水揭河底模拟试验装置”及“高含沙洪水揭河底模拟试验方法”，在水槽底部铺设厚度为15cm以上的粗颗粒粉煤灰(中值粒径约为O. 05mm)以模拟河床上的粗砂层6，在粗砂层6上预留胶泥块7设计尺寸大小的空间；将连接有单点式薄膜压カ传感器5的预制胶泥块7放入预留空间，数据线直接与数据采集仪8相连接。(4)放水试验放水进行试验，布置在胶泥块7中的单点式薄膜压カ传感器5可以对“揭河底”过程中胶泥块在揭起前、提起瞬间以及翻转期间相应部位的内力变化进行实时采集；基于三个断面的实时内力监测数据，结合有限元理论及数学模型等计算工具，计算胶泥块7整体内部的三维受压、拉情况，生成胶泥块内力变化的三维波谱图。
权利要求1. 一种高含沙洪水揭河底期间胶泥块内力变化过程的监测装置，包括数据采集仪(8)和多个单点式薄膜压力传感器(5)，其中，所述多个单点式薄膜压力传感器(5)垂直间隔布设在胶泥块(7)的受压区，并通过数据线与所述数据采集仪(8)相连接。
专利摘要本实用新型涉及一种高含沙洪水揭河底期间胶泥块内力变化过程的监测装置，包括数据采集仪和多个单点式薄膜压力传感器，其中，所述多个单点式薄膜压力传感器垂直间隔布设在胶泥块的受压区，并通过数据线与所述数据采集仪相连接。本实用新型的监测装置，能够实时、准确地监测胶泥块本身内部的应力变化情况，为进一步深入研究黄河“揭河底”现象这一难题提供了可行的试验方法和装置，为认清“揭河底”现象发生机理、建立“揭河底”冲刷指标奠定了基础，为制定黄河防洪预案和防汛工程的规划设计，提供了重要的依据和参考。
文档编号E02B1/02GK202595694SQ20122001499
公开日2012年12月12日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者李军华, 江恩慧, 何鲜峰, 曹永涛, 董文胜, 赵连军, 郭西方, 宁兵, 颜小飞, 张清, 刘燕, 万强, 夏修杰, 董其华, 顾霜妹, 赵新建, 潘丽, 张杨 申请人:黄河水利委员会黄河水利科学研究院