專利名稱：高含沙洪水揭河底期間膠泥塊內力變化過程的監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種水エ模型試驗設備的制作裝置，其IPC國際專利分類號為E02B 1/02，特別涉及ー種高含沙洪水“揭河底”模擬試驗過程中，能夠實現(xiàn)實時監(jiān)測膠泥塊在揭起、翻轉期間的內力變化過程的膠泥塊的制作裝置。
技術背景在含沙量高的河流，例如在黃河小北干流及渭河等河段，在高含沙洪水作用下，河床往往會發(fā)生劇烈的集中沖刷，在前期經過一定時期淤積、沉淀，密度較大、強度較高的“膠泥層”，有時會從床面上被揭掀而起，像卷“地毯” 一樣被卷起，成塊、成片地露出水面，面積可達幾平方米甚至十幾平方米，然后在短時間內破碎、坍落，被水流沖散帶走，這種現(xiàn)象也被稱為“揭河底”，是黃河“高含沙水流運動的特有現(xiàn)象之一”?！敖液拥住爆F(xiàn)象往往發(fā)生造成河床強烈下切，甚至，河床一次沖深幾米乃至近十米?！敖液拥住睕_刷往往引起河道主槽的遷 徙，使工程著溜部位不斷地變化，容易造成河道工程沉蟄、坍塌，増加汛期防汛搶險的復雜性；特別是由于河槽大幅度沖刷，大河水位下降，致使沿河機電灌站脫流，嚴重影響到沿岸エ農業(yè)生產。上世紀七十年代以來，這ー現(xiàn)象就受到國內外水利工作者的高度關注，并開展了大量的研究，為人們進ー步認識“揭河底”現(xiàn)象奠定了基礎，但由于“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生的隨機性，很難在實際中測得到跟隨性較強的“揭河底”實測資料，這ー問題的研究也只能從試驗模擬中突破。江恩慧等提出了“高含沙洪水揭河底模擬試驗裝置”，該ー技術在2010年10月獲得了國家實用新型專利授權(ZL 200920217654. 4)，為開展“揭河底”模擬試驗提供了基礎。此外，還利用不同級配的粉煤灰來模擬河床分層淤積結構，特別是利用極細粉煤灰模擬“揭河底”發(fā)生時的膠泥塊，基于“揭河底”模擬試驗裝置，在水槽試驗中成功模擬了真正意義上的“揭河底”現(xiàn)象，申請的“高含沙洪水揭河底模擬試驗方法” 2011年也獲得了國家發(fā)明專利授權(ZL200910177288. 9)。原型觀測、現(xiàn)場錄像及室內模擬試驗均表明，“膠泥塊”被揭起、翻轉、露出水面過程中，有時膠泥塊會出現(xiàn)折斷的情況，有時也會看到“膠泥塊”揭起后整塊土體塌落水中而不會斷裂散落。為了進一歩弄清個中原因，必須深入研究黃河高含沙洪水“揭河底”期間膠泥塊內力的變化過程。而目前，模型本身根本無法對“膠泥塊”本身應カ的變化過程進行監(jiān)測，水槽實驗和模型試驗也沒有一套有效的監(jiān)測技術與方法。本實用新型為黃河高含沙洪水“揭河底”期間膠泥塊內力變化過程的監(jiān)測提供了一套切實可行的監(jiān)測裝置與方法
實用新型內容
本次實用新型內容是在實用新型專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗裝置”(ZL200920217654. 4)及發(fā)明專利“高含沙洪水揭河底模擬試驗方法”(ZL200910177288. 9)基礎上，為了在試驗過程中對“膠泥塊”被揭起、翻轉、露出水面過程中“膠泥塊”本身內部應力的變化過程進行實時監(jiān)測，本實用新型的技術方案是[0006]ー種高含沙洪水揭河底期間膠泥塊內力變化過程的監(jiān)測裝置，包括數(shù)據采集儀和多個單點式薄膜壓カ傳感器，其中，所述多個單點式薄膜壓カ傳感器垂直間隔布設在膠泥塊的受壓區(qū)，并通過數(shù)據線與所述數(shù)據采集儀相連接。必須制作一種專用的膠泥塊，本實用新型將提供一種這種膠泥塊的制作裝置。本實用新型的技術方案是ー種高含沙洪水揭河底模擬試驗用膠泥塊的制作裝置，包括模具盒和多個單點式薄膜壓カ傳感器，在所述模具盒的前后兩端各固定有I根鋼支架，在所述鋼支架上面固定放置有一根滑桿；在所述模具盒的左右兩側及底部設置有多個固定螺栓，在所述固定螺栓上系有高強度碳纖維；所述多個單點式薄膜壓カ傳感器間隔放置在模具盒內，每個所述單點式薄膜壓カ傳感器的下部和左右兩側與系在所述固定螺栓上的所述高強度碳纖維連接固定，上部通過高強度碳纖維固定在所述滑桿上。本實用新型的高含沙洪水揭河底模擬試驗用膠泥塊的制作裝置，結構簡單，操作方便，制作的膠泥塊，在高含沙洪水揭河底模擬試驗中，能夠實時、準確地監(jiān)測膠泥塊本身內部的應カ變化情況，為進一歩深入研究黃河“揭河底”現(xiàn)象這ー難題提供了可行的試驗方法和裝置，為認清“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生機理、建立“揭河底”沖刷指標奠定了基礎，為制定黃河防洪預案和防汛工程的規(guī)劃設計，提供了重要的依據和參考。

圖I為本實用新型的制作裝置的主視圖圖2為本實用新型的制作裝置的俯視圖圖3為本實用新型的制作裝置的側視圖圖4為本實用新型采用的單點式薄膜壓カ傳感器示意圖圖5為采用本實用新型制作的膠泥塊的監(jiān)測系統(tǒng)示意圖圖中，I為模具盒，2為鋼支架，3為滑桿，4為高強度碳纖維，5為單點式薄膜壓カ傳感器，6為粗砂層，7為膠泥塊，8為數(shù)據采集儀，V為水流方向，d為膠泥塊厚度。
具體實施方式
ー種高含沙洪水揭河底模擬試驗用膠泥塊的制作裝置，包括模具盒I和多個單點式薄膜壓カ傳感器5，在所述模具盒I的前后兩段各固定有I根鋼支架2，在所述鋼支架2上面固定放置有一根滑桿3 ;在所述模具盒I的左右兩側及底部設置有多個固定螺栓，在所述固定螺栓上系有高強度碳纖維4;所述多個單點式薄膜壓カ傳感器5間隔放置在模具盒I內，每個所述單點式薄膜壓カ傳感器5的下部和左右兩側通過系在所述固定螺栓上的所述高強度碳纖維4固定，上部通過高強度碳纖維固定在所述滑桿3上。采用本實用新型的制作裝置制作膠泥塊，進行高含沙洪水揭河底期間膠泥塊內力變化過程的實時監(jiān)測時，包括以下步驟(I)專用模具盒制作根據膠泥塊7的不同尺寸，設計制作一系列不同規(guī)格的有機玻璃模具盒1，如圖I-圖3所示。模具盒I兩邊各固定I根鋼支架2，上面放置一根滑桿3。試驗采用單點式薄膜壓カ傳感器5 (見圖4所示)，設計傳感器布設網絡圖，單點式薄膜壓カ傳感器5位置可以通過滑桿3移動。模具盒I的左右兩側及底部設置多個固定螺栓，前端打眼，上系高強度碳纖維4，每個單點式薄膜壓カ傳感器5都通過上下左右4根高強度碳纖維4固定，確保每個單點式薄膜壓カ傳感器5都布置在模具盒I的上半部分，使單點式薄膜壓カ傳感器5完全處于膠泥塊7的受壓區(qū)，并垂直固定于設計的監(jiān)測位置，且穩(wěn)定。(2)膠泥塊的預制利用中值粒徑小于O. Olmm的極細粉煤灰或天然沙制成含沙量為800 IOOOkg/m3的漿體，用攪拌器將其充分攪拌均勻，待用；調整單點式薄膜壓カ傳感器5，使其垂直立放于膠泥塊7的受壓區(qū)；拉緊上下左右4條高強度碳纖維4，使其穩(wěn)固；將連接單點式薄膜壓力傳感器5的數(shù)據線從模具盒I的尾部上方引出；將攪拌好的漿體逐漸倒入模具盒I里，停放12小時，使其固結，制成膠泥塊7。(3)試驗系統(tǒng)布設依據“高含沙洪水揭河底模擬試驗裝置”及“高含沙洪水揭河底模擬試驗方法”，在水槽底部鋪設厚度為15cm以上的粗顆粒粉煤灰(中值粒徑約為O. 05mm)以模擬河床上的粗砂層6，在粗砂層6上預留膠泥塊7設計尺寸大小的空間；將連接有單點式薄膜壓カ傳感器5的預制膠泥塊7放入預留空間，數(shù)據線直接與數(shù)據采集儀8相連接。(4)放水試驗放水進行試驗，布置在膠泥塊7中的單點式薄膜壓カ傳感器5可以對“揭河底”過程中膠泥塊在揭起前、提起瞬間以及翻轉期間相應部位的內力變化進行實時采集；基于三個斷面的實時內力監(jiān)測數(shù)據，結合有限元理論及數(shù)學模型等計算工具，計算膠泥塊7整體內部的三維受壓、拉情況，生成膠泥塊內力變化的三維波譜圖。
權利要求1. 一種高含沙洪水揭河底期間膠泥塊內力變化過程的監(jiān)測裝置，包括數(shù)據采集儀(8)和多個單點式薄膜壓力傳感器(5)，其中，所述多個單點式薄膜壓力傳感器(5)垂直間隔布設在膠泥塊(7)的受壓區(qū)，并通過數(shù)據線與所述數(shù)據采集儀(8)相連接。
專利摘要本實用新型涉及一種高含沙洪水揭河底期間膠泥塊內力變化過程的監(jiān)測裝置，包括數(shù)據采集儀和多個單點式薄膜壓力傳感器，其中，所述多個單點式薄膜壓力傳感器垂直間隔布設在膠泥塊的受壓區(qū)，并通過數(shù)據線與所述數(shù)據采集儀相連接。本實用新型的監(jiān)測裝置，能夠實時、準確地監(jiān)測膠泥塊本身內部的應力變化情況，為進一步深入研究黃河“揭河底”現(xiàn)象這一難題提供了可行的試驗方法和裝置，為認清“揭河底”現(xiàn)象發(fā)生機理、建立“揭河底”沖刷指標奠定了基礎，為制定黃河防洪預案和防汛工程的規(guī)劃設計，提供了重要的依據和參考。
文檔編號E02B1/02GK202595694SQ20122001499
公開日2012年12月12日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者李軍華, 江恩慧, 何鮮峰, 曹永濤, 董文勝, 趙連軍, 郭西方, 寧兵, 顏小飛, 張清, 劉燕, 萬強, 夏修杰, 董其華, 顧霜妹, 趙新建, 潘麗, 張楊 申請人:黃河水利委員會黃河水利科學研究院