一种土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置与方法，属于土工织物护坡的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的迅猛发展，我国在大力发展经济的同时对生态环保的保护也愈加重视，人工边坡需要解决的问题包括，固坡护堤，防水土流失等，现在的人工边坡防护工程开始选用生态护坡技术，来代替耐久性差、生态效应不明显的传统护坡技术。其中以土工格室、三维土工网垫等土工织物与植被相结合的复合生态护坡技术应用最为广泛，并取得良好的应用效果。
[0003]当前国内外关于土工织物的护坡研究大多专注于植被长成后边坡的抗侵烛能力，而对植被长成之前，土工织物护坡抗冲刷侵蚀能力以及坡面破坏特征的研究较少，现有技术中也没有专门研究系统，针对土工织物护坡水力侵蚀特性试验进行模拟。
[0004]土工织物又称(土工纤维或土工薄膜)是指，用合成纤维纺织或经胶结、热压针刺等无纺工艺制成的土木工程用卷材。详见中国专利CN202753516U—种生态修复土工织物，该生态修复土工织物是由三层结构复合组成，自上而下依次是200g针刺短切纤维无纺土工布层、改性蒙脱石矿粉层、连续纤维针刺无纺土工布层，该三层结构通过针刺工艺复合连接在一起。生态修复土工织物能有效吸附重金属，有效的净化来自地面水源或者空气漂浮物的重金属及其他有毒物质，进而减少重金属对土壤和水的污染，以及节水节能、缓释环保、加筋抗水土流失等。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置。
[0006]本发明还提供一种利用上述装置进行土工织物护坡水力侵蚀特性试验的方法。
[0007]本发明的技术方案如下:
[0008]—种土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，包括蓄水池和倾斜设置的水槽;所述蓄水池内设置有潜水栗;所述水槽的顶部自上而下依次设置有无孔挡板、大孔挡板和小孔挡板，大孔挡板和小孔挡板上均设置有多个孔;大孔挡板、小孔挡板、无孔挡板与水槽侧壁共同围成稳流槽;潜水栗的出水口与稳流槽连通。在稳流槽内按顺序设置三道薄钢挡板(无孔挡板、大孔挡板和小孔挡板)起到缓冲、稳定水流的作用;大孔挡板和小孔挡板上的孔，可消除水流的局部紊动，保证水流均匀、稳定的流入水槽内。
[0009]优选的，所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置还包括倾斜度调节系统，所述倾斜度调节系统包括液压油缸和钢丝绳;液压油缸的自由端设置有滑轮;钢丝绳的一端固定设置，钢丝绳的自由端绕过滑轮与水槽的顶端连接。此处设计的优点是，利用了动滑轮的特性，水槽的上升距离为液压油缸自由端上升距离的两倍，结构更紧凑，控制精确。在工作时，液压油缸的自由端升降时带动滑轮上的钢丝绳，钢丝绳拉动水槽上下运动，模拟不同角度的边坡。
[0010]进一步优选的，所述倾斜度调节系统还包括水平拉杆，水平拉杆设置在液压油缸的自由端;滑轮的数量为两个，两个滑轮设置在水平拉杆的两端，钢丝绳的自由端绕过滑轮分别设置在水槽的端部两侧;水平拉杆的长度大于等于水槽的宽度。水平拉杆的长度大于等于水槽的宽度，可提高水槽的稳定性。
[0011]进一步优选的，所述水槽底部设置有可拆卸式三角钢架，钢丝绳的自由端与三角钢架的顶端连接;三角钢架的底部设置有导轨，三角钢架的底端与导轨滑动连接;导轨的一端设置有安全挡板。三角钢架用以保护水槽，防止水槽变形，水槽与三角钢架可拆卸连接，可根据不同试验需求更换不同规格的水槽，通用性高。
[0012]优选的，所述潜水栗的出口依次串接有压力表、节流阀、电磁流量计和三通球阀。节流阀用来调节流量，电磁流量计用于监控流量，三通球阀用于调节水流方向。
[0013]优选的，大孔挡板和小孔挡板上的孔为圆孔，所述无孔挡板的高为15?25cm、大孔挡板高为45?55cm，大孔挡板上圆孔的孔径为2?3cm;小孔挡板高为45?55cm，小孔挡板上圆孔的孔径为0.4?0.6cm ；所述水槽的长X宽X高为5.6m X Im X 0.5m;水槽的侧壁为有机玻璃板，水槽的底部为不锈钢板材，所述大孔挡板、小孔挡板、无孔挡板分别与水槽侧壁、水槽底部密封连接;小孔挡板、大孔挡板和无孔挡板分别与水槽底部垂直。所述潜水栗的出水口设置在小孔挡板上侧;水槽的底部出口设置有沉淀池，所述沉淀池为PVC材质，沉淀池用于试样采集与泥沙沉淀。
[0014]一种利用上述装置进行土工织物护坡水力侵蚀特性试验的方法，包括步骤如下:
[0015](I)填土:
[0016]在水槽底部填第一层客土，平整坡面；
[0017](2)铺设土工织物:
[0018]在第一层客土上铺设土工织物并固定土工织物，回填第二层客土并平整坡面，并利用水准仪和水准尺控制坡面平整；
[0019](3)调整流量:
[0020]将水流量调整至试验所需流量后，水流通向水槽;三通球阀有一个入口和两个出口，其中一个出口开向蓄水池，另一个出口与水槽连通，在前期调控时期，调节三通球阀使水流回到蓄水池，不仅使设备和实验过程简洁高效，且实现了蓄水池中水的循环利用;调控结束后，改变三通球阀的水流方向，使蓄水池中的水流向水槽，开始试验测试。
[0021]优选的，步骤(3)之后，还包括观察记录的步骤，观察并记录坡面在冲刷过程中坡面流的实验参数、实验参数的变化趋势及边坡冲刷的破坏特征。
[0022]优选的，步骤(2)中，回填客土后，客土的高度为无孔挡板的高度。
[0023]优选的，所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验的方法还包括，采集现场土样，通过击实试验确定最优含水率，将客土含水率控制为最优含水率，以达到较理想的压实效果。
[0024]优选的，所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验的方法还包括调节水槽角度的步骤;控制液压油缸自由端上下移动，使水槽与水平面的夹角满足实验要求。初始状态，水槽处于水平状态，利于增设客土和对客土表面的平整度进行调整，回填客土步骤结束后，开启液压油缸对水槽的角度进行调整。
[0025]该发明的有益之处是:
[0026]1、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，可以模拟不同坡度和流量的正交试验；
[0027]2、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，提升重量大，设备简单，操作方便，噪音小；
[0028]3、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，通过节流阀、电磁流量计以及三通球阀的协同调节，精确控制水流量，避免流量调节过程对试验的干扰；
[0029]4、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，通过设置稳流槽减小了水流的紊动，降低水流初始动能，保证水流均匀稳定流出；
[0030]5、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，通过模型模拟实际工程的条件，从侵蚀过程出发，分析土工织物在边坡防护工程中的作用机制以及失效特征，探究各影响因素之间的相互作用关系，对以后的边坡防护及优化边坡设计进行指导；
[0031]6、本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验方法，操作简单，简便实用，利于推广应用。
【附图说明】
[0032]图1为本发明所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置的结构示意图；
[0033]图2为本发明所述小孔挡板的结构示意图；
[0034]图3为本发明所述大孔挡板的结构示意图；
[0035]图4为本发明所述无孔挡板的结构示意图；
[0036]其中，1、蓄水池;2、潜水栗;3、压力表;4、节流阀；5、电磁流量计;6、三通球阀；7、液压油缸;8、导轨;9、稳流槽;1、水槽;11、滑轮;12、沉淀池;13、水平拉杆。
【具体实施方式】
[0037]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0038]实施例1
[0039]如图1-4所示。
[0040]一种土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，包括蓄水池I和倾斜设置的水槽10;所述蓄水池I内设置有潜水栗2(选取QX-3-30-1.1型潜水栗作为供水装置)；所述水槽10的顶部自上而下依次设置有无孔挡板、大孔挡板和小孔挡板，大孔挡板和小孔挡板上均设置有多个孔;大孔挡板、小孔挡板、无孔挡板与水槽侧壁共同围成稳流槽9 ；潜水栗2的出水口与稳流槽9连通。在稳流槽9内按顺序设置三道薄钢挡板(无孔挡板、大孔挡板和小孔挡板)起到缓冲、稳定水流的作用；大孔挡板和小孔挡板上的圆孔，可消除水流的局部紊动，保证水流均匀、稳定的流入水槽10内。
[0041 ] 实施例2
[0042]根据实施例1所述的土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，其区别在于，所述土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置还包括倾斜度调节系统，所述倾斜度调节系统包括液压油缸7和钢丝绳;液压油缸7的自由端设置有滑轮11;钢丝绳的一端固定设置在地面上，钢丝绳的自由端绕过滑轮11与水槽10的顶端连接。此处设计的优点是，利用了动滑轮的特性，水槽10的上升距离为液压油缸自由端上升距离的两倍，结构更紧凑，控制精确。在工作时，液压油缸7的自由端升降时带动滑轮11上的钢丝绳，钢丝绳拉动水槽10上下运动，模拟不同角度的边坡。
[0043]实施例3
[0044]根据实施例2所述的土工织物护坡水力侵蚀特性试验装置，其区别在于，所述倾斜度调节系统还包括水平拉杆13，水平拉杆13设置在液压油缸7的自由端;滑轮11的数量为两个，两个滑轮11设置在水平拉杆13的两端，钢丝绳的自由端绕过滑轮11分别设置在水槽10的端部两侧;水平拉杆13的长度大于水槽10的宽度。水平拉杆13的长度大于水槽10的宽度，可提尚水