一种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种模拟水下坡面侵蚀过程的试验装置，尤其是涉及一种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置。
【背景技术】
[0002]工程界普遍认为，稳定的高水头渗流是导致水下坡面侵蚀的主要原因。与此同时，实际工程中也出现大量坡面渗流侵蚀，其渗流梯度并不大，但其渗流水头确实存在往复变动的特点，这已经引起了大量学者和工程界的关注，如何对往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀机制进行研究，已经成为水利工程、近海工程、海洋工程建设领域亟待解决的重要课题之一。然而，目前国内外还缺乏对往复变动水头作用下的坡面侵蚀的研究，大多数的试验都是仅仅针对于常水头作用下的水下坡面侵蚀。为了针对往复变动的水头作用下的坡面侵蚀进行研究，迫切需要结合简单易行的室内模型试验进行分析，其中的关键技术是如何有效的模拟往复变动的水头，目前尚未发现该类模拟装置的报道。
[0003]中国专利CN101299306公开了一种水土保持实验技术的渗流-坡面流耦合侵蚀过程的实验方法及渗流装置，在传统的坡面流侵蚀实验技术基础上，根据渗流控制理论，应用分级定水头和分段式供水方法，增加可提供和控制渗流的装置，使得放水进行坡面流侵蚀试验的同时，在坡面上存在坡面流补给土中水(入渗)或者土中水补给坡面流(反渗)的稳定渗流。该专利中水流水头不是往复变动，不能对水下坡面变形过程进行研究。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置，提供不同类型的往复变动渗流水头，其动力过程可根据用户要求自定义，试验中可实时观测坡面的土颗粒迀移、变形过程及坡面侵蚀沙量过程，进而分析往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀变形力学机制，实施简单，操作方便，主要应用于往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀理论研究，以及工程中的水下坡面的科学防护措施效果验证。
[0005]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0006]—种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置，包括:
[0007]水下坡面渗流侵蚀机构，形成用于渗流侵蚀的水下坡面；
[0008]往复变动水头供水机构，向坡面提供和控制往复变动水头；
[0009]改变往复变动水头工况进行对比试验，观测坡面侵蚀过程，即可获得往复变动水头作用下的渗流对坡面侵蚀的影响规律。
[0010]所述往复变动水头供水机构包括透水多孔管、连接软管、渗流供水箱和激振组件，所述透水多孔管均布在水下坡面渗流侵蚀机构底部上，所述连接软管连通透水多孔管和渗流供水箱，试验时，向渗流供水箱内供水，所述激振组件在渗流供水箱的水中上下往复移动。[0011 ] 所述透水多孔管侧壁周围开有孔，并外包滤网。
[0012]所述激振组件包括依次连接的激励激振器、连接杆和水位调节件，在激励激振器的驱动下，所述水位调节件在渗流供水箱的水中上下往复移动。
[0013]所述水下坡面渗流侵蚀机构包括倾斜设置的试验土槽和坡面控制板，所述坡面控制板将试验土槽分割为坡面空间和集沙空间，所述坡面空间内由下至上依次铺设砂砾石垫层和试验土体，往复变动水头供水机构向砂砾石垫层提供和控制往复变动水头。
[0014]还包括试验土槽托架和千斤顶，所述试验土槽托架一端设有转轴，另一端连接千斤顶，所述水下坡面渗流侵蚀机构放置于试验土槽托架上。
[0015]所述砂砾石垫层的顶面以粗砂找平，且与试验土体之间铺设滤网。
[0016]还包括坡面侵蚀集沙机构，所述集沙空间底部设有连通坡面侵蚀集沙机构的集沙孔，所述试验土体的坡面与坡面控制板的板顶平齐，试验中的坡面产沙经集沙孔落入坡面侵蚀集沙机构。
[0017]所述坡面侵蚀集沙机构包括集沙筒和集沙筒底阀，所述集沙筒一端连通集沙孔，另一端连接集沙筒底阀，集沙筒侧面设有体积刻度线。
[0018]所述集沙空间内还设有呈漏斗状的两块集沙斜板，所述两块集沙斜板底部对准集沙孔。
[0019]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0020]I)在传统的水下坡面侵蚀试验方法基础上，增加了能提供和控制往复变动水头的往复变动水头供水机构，能直观再现往复水头作用下的水下坡面侵蚀过程，同时坡面土体厚度相同，这使得侵蚀试验初始时刻的渗透比降在坡面上处处相同，所以坡面上一点的渗透比降即可描述整个坡面。因此，改变往复变动水头工况进行对比试验，观测坡面侵蚀过程，即可获得往复变动水头作用下的渗流对坡面侵蚀的影响规律，且易于改造，可靠性强，适用性广。
[0021]2)采用激励激振器驱动水位调节件在渗流供水箱的水中上下往复移动，容易实现渗流水头的往复变动特性，构造简单，成本低，操作方便，能再现往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀动态过程，可应用于往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀机制研究。
[0022]3)坡面侵蚀集沙机构实时测读坡面土体的侵蚀沙量，易于定量观测水下坡面的侵蚀过程，利于对往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀变形力学机制进行研究。
[0023]4)试验土槽底部设置试验土槽托架，在千斤顶顶推力作用下实现试验土槽内的土坡坡度自由调节，方便进行多组对比试验。
[0024]5)砂砾石垫层起着蓄积渗流用水、缓冲渗流供水过程中的脉动水压力，使得试验土层渗流底边界的水头稳定，滤网防止上部土体填料的细沙下漏进入垫层，砂砾石垫层顶面可用粗砂找平，利于不锈钢滤网的铺设和上部土体装填，从而实现水下坡面土体的模拟，保证试验的可靠进行。
【附图说明】
[0025]图1为本发明整体结构示意图；
[0026]图2为本发明中坡面侵蚀集沙机构示意图；
[0027]图3为本发明中由透水多孔管构成的渗流供水分流管路布置示意图。
[0028]图中:1、试验土槽，2、试验土样，3、不锈钢丝网，4、砂砾石垫层，5、坡面控制板，6、集沙斜板，7、透水多孔管，8、集沙筒，9、集沙筒底阀，10、溢流嘴，11、连接软管，12、测压管，13、渗流供水箱，14、水位调节件，15、渗水流量阀，16、连接杆，17、激励激振器，18、连接套管，19、渗流控制阀，20、试验土槽托架，21、转轴，22、千斤顶，23、弧形限位板。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
[0030]如图1所示，一种往复变动水头作用下的水下坡面侵蚀试验装置包括水下坡面渗流侵蚀机构、往复变动水头供水机构和坡面侵蚀集沙机构，具体连接关系如下:
[0031]水下坡面渗流侵蚀机构包括试验土槽I和坡面控制板5，试验土槽I倾斜设置，坡面控制板5将试验土槽I隔为两个空间，一侧为用于坡面填土的坡面空间，另一侧为用于收集坡面侵蚀泥沙的集沙空间。试验土体2置于试验土槽I的坡面空间中，试验土体2可以是现场原状取土，也可以是按设计要求填筑土体。在试验土体2下面设置有砂砾石垫层4，其砂砾石粒径为2?10mm，其顶部与坡体试验土体2之间布设一层滤网，本实施例中采用不锈钢丝网3，筛孔尺寸0.025?0.05mm，目的是防止上部土体填料的细沙下漏进入砂砾石垫层4 ;对于粒径很小的粘土颗粒，由于具有较强的粘结力，可忽略粘土颗粒的下漏影响。砂砾石垫层4顶面可用粗砂找平，利于不锈钢丝网3的铺设和上部土体装填。
[0032]如图2所示，坡面侵蚀集沙机构包括集沙筒8和集沙筒底阀9，集沙空间底部设有两块集沙斜板6和集沙孔，两块集沙斜板6呈漏斗状且底部对准集沙孔，可使得坡面侵蚀泥沙更容易集中在一起，在两块集沙斜板6底部的集沙孔内设置有连接套管18，集沙筒8通过连接套管18与两块集沙斜板6相连，且集沙筒8侧面有体积刻度线，坡面控制板5板顶与试验土体2坡面位于同一平面，坡面土颗粒在侵蚀过程中会下滑越过坡面控制板5，进入集沙筒8，因此在侵蚀试验过程中能实时读出坡面侵蚀沙量。
[0033]试验土槽I可以置于试验土槽托架20中，试验土槽托架20 —端设有转轴21，另一端连接千斤顶22，试验土槽托架20在千斤顶22顶推力作用下绕着转轴21转动，从而实现试验土槽I中土坡坡度的自由调整。同时千斤顶22的顶部被约束在弧形限位板23中，防止滑动。
[0034]往复变动水头供水机构包括透水多孔管7、连接软管11、渗流供水箱13和激振组件，透水多孔管7在砂砾石垫层4中均匀布置，使其渗流供水均匀，如图3所示，渗流供水分流管路为工字形。透水多