河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法，该装置包括顶部开口的长方体外置水槽，外置水槽内设置有内置水槽，外置水槽底部设置有长支架和短支架，长支架与短支架上方设置有传送带，传送带上方放置有内置水槽，长方体内置水槽内部设置有若干个2～3种粒径不一致的透明玻璃球；外置水槽顶部设置有入水口底部设置有出水口，内置水槽顶部设置有穿过外置水槽侧壁的内置水槽入水口；外置水槽侧面设置有激光仪和反光镜另一侧面设置有可对激光仪扫描面进行定时、定频率拍照的自动数码相机。本发明解决了常规室内长水槽进行推移质垂直断面分选试验装置中，由于受室内水槽的长度限制而不能进行长时间尺度推移质运动模拟的问题。
【专利说明】
河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法
技术领域
[0001 ]本发明属于河流动力学及推移质运动基础研究领域，特别涉及河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法。主要适用于河流推移质等颗粒分选试验等技术领域，并可扩展至其他固-液两相流的颗粒分选研究领域。
【背景技术】
[0002]在河流动力学研究领域，河床断面垂直分布特征是河流泥沙运动理论、河床形态研究、河道工程施工设计的重要基础和核心要素。河床推移质垂直分选模型试验是了解与掌握河道中河床垂直断面特征的最有效、且最重要的手段之一；目前常规的推移质垂直断面分选试验装置往往是通过室内长水槽试验来实现的。由于受室内水槽的长度限制，常规的水槽试验装置仅能模拟瞬间或短时间内的推移质运动后的断面分布特征，无法有效模拟推移质在河道中长时间运动的垂直断面变化特征，并且无法进行实时的全断面观测，不能进行长时间尺度推移质运动模拟。因此，寻求一种可视化的河床推移质长期运动过程中垂直断面分选的模型试验装置，是工程技术人员努力追求的方向，也是对推移质运动规律和河床断面成形过程研究的必要条件。
【发明内容】
[0003]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种河床推移质垂直断面分选模型试验装置及其使用方法，解决了常规室内长水槽进行推移质垂直断面分选试验装置中，由于受室内水槽的长度限制而不能进行长时间尺度推移质运动模拟的问题。
[0004]技术方案:为解决上述技术问题，本发明包括顶部开口的长方体外置水槽，长方体外置水槽内设置有顶部开口的长方体内置水槽，长方体外置水槽底部设置有长支架和短支架，长支架与短支架上方设置有通过两个传送带转轴控制的传送带，传送带上方放置有顶部开口的长方体内置水槽，长方体内置水槽内部设置有若干个2?3种粒径不一致的透明玻璃球;外置水槽顶部设置有带阀门的入水口底部设置有带阀门的出水口，内置水槽顶部设置有穿过外置水槽侧壁的内置水槽入水口，内置水槽入水口通过阀门控制；外置水槽相对较宽的侧面设置有激光仪相对较窄的侧面设置有可对激光仪扫描面进行定时、定频率拍照的自动数码相机，激光仪同侧设置有调整激光仪扫描玻璃球垂向断面的反光镜。本发明利用转动传送带与静止水流的相对运动原理，反向模拟静态河床与动态水流运动中推移质颗粒相互作用关系，及其与时间尺度相关的颗粒垂直断面变化规律，提供一种基于河床与水流相对运动原理的室内河床推移质分选可视化模型试验装置，以观测河床推移质长时间尺度的垂直断面中不同粒径颗粒垂直分布特性。通过利用内外相嵌水槽、传送带、支架与升降阀、激光仪、自动数码相机组成的模型试验装置，可视化的、实时监测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用及时间尺度分布规律。
[0005]进一步的，所述长支架上设置有可调节长支架高度的升降阀。通过升降阀可以自由调节上支架的高度，从而进一步调整传送带即内置水槽与外置水槽底面所成角度，因此能够更好的模拟真实环境中河床推移质的运动过程。
[0006]进一步的，所述外置水槽和内置水槽均为透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成，外置水槽宽度为35cm?45cm、长度为150cm?200cm、高度为80?120cm、壁厚为I cm?2cm，外置水槽相对较窄的侧壁上方设置有通过阀门控制的入水口，入水口对面侧壁底部设置有通过阀门控制的出水口 ；内置水槽宽度为15cm?25cm、长度为10cm?150cm、高度为30?40cm、壁厚为I cm?2cm，其中一端内置水槽侧壁与外置水槽侧壁之间的间距为20cm?30cm，另一端内置水槽侧壁与外置水槽侧壁之间的间距为1cm?15cm，内置水槽底部与传送带上平面相接且非密封。通过在内置水槽与外置水槽之间设置一定的间距值不仅能够防止在实验过程中内置水槽与外置水槽接触，更能够模拟现实环境中河床底部推移质的相对运动。所述入水口和出水口为塑胶或铝制材料制成，直径为4cm?6cm，入水口和出水口在阀门处安装流速计，内置水槽和外置水槽的设计进水流速为O?0.lm3/s，外置水槽出水流速为O?
0.2m3/s。通过流量计来控制水流流速，更好的还原实际生活中河床的水流流动形态，使得实验的真实性更高，获得的实验数据更具有参考价值更精准。
[0007]进一步的，所述透明玻璃球为透明有机玻璃制成，直径范围为Imm?20mm的球形。
[0008]进一步的，所述传送带为铝或塑胶材料制成，所述传送带转轴为不锈钢或铝材料制成，传送带转轴直径为1cm?20cm，两转轴圆心间距与内置水槽长度相同为10cm?150cm，传送带转轴通过3kW?6kW的电动机带动，所述电动机置于传送带两平面之间或传送带转轴内部并通过防水电线接电压为220V的外部电源。
[0009]进一步的，所述长支架与短支架为招或不锈钢材料制成的4cm?7cm的圆柱体或长为4cm?7cm、宽为4cm?7cm的长方体，短支架高度固定为20cm?30cm，长支架上设置升降阀并通过升降阀来调整内置水槽倾斜角度，长支架高度调整范围为20cm?10cm0
[0010]进一步的，所述自动数码相机，固定于外置水槽相对较窄侧面外部且镜头垂直于激光扫描面，拍摄频率为每分钟拍摄四张至每五分钟拍摄一张，拍摄定时为5?2880分钟，自动数码相机与计算机存储器连接，可自动存储拍摄数据至计算机。
[0011]进一步的，上述所述河床推移质垂直断面分选模型试验装置的使用方法，包括以下步骤:
[0012]步骤一:以内置水槽和传送带的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，预制Imm?5mm粒径的透明玻璃球，并选定2?3种透明玻璃球粒径作为模拟推移质材料；
[0013]步骤二:将长支架与短支架固定于外置水槽底部，将传送带和内置水槽安置在长支架与短支架上;调节长支架上的升降阀使得长支架的高度发生变化从而使得传送带和内置水槽的倾斜角度达到指定角度，其中内置水槽倾斜角度调整范围为O?15°;
[0014]步骤三:将选定的2?3种粒径的透明玻璃球放入内置水槽中；
[0015]步骤四:在外置水槽一侧设置激光仪和反光镜，另一侧设置自动数码相机，并调节激光仪、反光镜和自动数码相机的相对位置，使得自动数码相机能够拍摄到透明玻璃球截面；
[0016]步骤五:打开外置水槽的入水口阀门进行注水，使得内置水槽整个浸入水中；
[0017]步骤六:打开激光仪和自动数码相机，调整自动数码相机的拍摄频率为每分钟拍摄4张至每5分钟拍摄一张，定时为5?2880分钟；
[0018]步骤七:将传送带接入电源，打开传送带开关后同时打开内置水槽入水口，内置水槽入水口进水流速O?0.1mVs，，调节传送带转轴的转动速度，控制传送带转轴的转动速度范围为0.5m/s?5m/s;当模拟流速超过5m/s时，调节外置水槽出水口阀门，使外置水槽内的水位保持不变；
[0019]步骤八:基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理软件获得河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用，及其随时间变化的分布特征。
[0020]其中，步骤四的具体步骤为:在外置水槽相对较宽侧面布置激光仪和反光镜，调整激光仪和反光镜放置的角度和位置，使激光仪的扫描面为内置水槽内部的透明玻璃球截面;在外置水槽相对较窄侧面外侧布置自动数码相机，调整自动数码相机支架高度和相机角度，使其镜头垂直于激光仪扫描面。
[0021 ]本发明与现有技术相比，具有如下有益效果:
[0022]1、利用转动传送带与静止水流的相对运动原理，反向模拟静态河床与动态水流运动中推移质颗粒相互作用关系，及其与时间尺度相关的颗粒垂直断面变化规律，提供一种基于河床与水流相对运动原理的室内河床推移质分选可视化模型试验装置，以观测河床推移质长时间尺度的垂直断面中不同粒径颗粒垂直分布特性。通过利用内外相嵌水槽、传送带、支架与升降阀、激光仪、自动数码相机组成的模型试验装置，可视化的、实时监测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用及时间尺度分布规律。
[0023]2、本发明可以可视化模拟不同粒径推移质，在河道中长时间运动的颗粒垂直方向分选运动特征，有效模拟推移质在河道中长时间运动的颗粒垂直断面变化特征，并进行实时观测；对研究河床垂直断面颗粒分布特征，指导相关工程设计具有重要的参考价值。同时，试验装置操作简单，易于实现。
[0024]3、通过在上支架上设置升降阀可以自由调节上支架的高度，从而进一步调整传送带即内置水槽与外置水槽底面所成角度，因此能够更好的模拟真实环境中河床推移质的运动过程。
[0025]4、通过在内置水槽与外置水槽之间设置一定的间距值不仅能够防止在实验过程中内置水槽与外置水槽接触，更能够模拟现实环境中河床底部推移质的相对运动。
[0026]5、在进水口和出水口处设置流量计，通过流量计来控制水流流速，更好的还原实际生活中河床的水流流动形态，使得实验的真实性更高，获得的实验数据更具有参考价值更精准。
【附图说明】
[0027]图1是本发明试验装置的结构示意图；
[0028]图2是本发明试验装置的俯视图。
[0029]1、外置水槽，2、内置水槽，3、透明玻璃球，4、自动数码相机，5、传送带转轴，6、出水口，7、短支架，8、反光镜，9、激光仪，1、长支架，11、升降阀，12、内置水槽入水口，13、电源连接线，14、入水口，15、传送带。
【具体实施方式】
[0030]下面结合附图对本发明专利作更进一步的说明。
[0031]实施例1:不同河床坡度下的推移质分选规律试验研究
[0032]以内置水槽2和传送带15的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，选定两种透明玻璃球3粒径规格，透明玻璃球3直径分别为1.5mm和4mm，并预制透明玻璃球3。预制外置水槽I，外置水槽I为材料是透明钢化玻璃的下部封口、上部开口的长方体，宽度为35cm、长度为150cm、高度为80cm、壁厚为1.5cm。预制内置水槽2，其材料为透明钢化玻璃，其宽度为15cm、长度为100cm、高度为30cm、壁厚为Icm的上部开口的长方体。预制铝制的圆柱体传送带长支架10和短支架7，其截面直径为4cm，短支架高度固定为20cm，长支架10高度调整范围为20 cm?80 cm。长支架10上设置有可调节长支架10高度的升降阀11。通过升降阀11可以自由调节上支架10的高度，从而进一步调整传送带15即内置水槽2与外置水槽I底面所成角度，因此能够更好的模拟真实环境中河床推移质的运动过程。组装传送带15，传送带15表面履带材料为塑胶平面，传送带转轴5材料为铝，传送带转轴5直径为10cm，传送带转轴5圆心间距与内置水槽2长度相同为100cm，动力装置为额定功率为5kW的电动机，并置于上侧传送带转轴5内部，再通过电源连接线13接电压为220V的外部电源。
[0033]将传送带长支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，组装传送带15和内置水槽2，并安置在长支架10和短支架7上，安装过程中应注意内置水槽2和外置水槽I两窄侧壁两端各设置25cm间距，宽侧壁两端各设置1cm间距。第一组试验固定长支架高度为25cm，并根据长支架10和短支架7高度差和传送带15长度计算内置水槽2倾斜角。在外置水槽I宽侧面布置激光仪9，调整激光仪9角度和位置，使其扫描内置水槽2尾侧的透明玻璃球3的断面;在外置水槽I窄侧面布置自动数码相机4，调整自动数码相机4的高度和角度，镜头垂直于激光仪9扫描面。将预制好的透明玻璃球3放入内置水槽2内，打开外置水槽入水口 14及其阀门进行注水，使外置水槽I内水位应漫过内置水槽2顶部高度。将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制为2m/s。打开激光仪9和自动数码相机4，激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄I张，相机拍摄定时为30分钟。观测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用和随时间变化的分布特征。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15，打开外置水槽出水口 6将水排出。
[0034]第二组试验，调整传送带15长支架高度至30cm，并根据两支架高度差和传送带15长度计算内置水槽2的倾斜角。激光仪9和自动数码相机4的位置均保持不变。将两种粒径的透明玻璃球3取出充分混合后重新放入内置水槽2。利用水栗将暂存于水箱中的水通过外置水槽入水口 12重新引入外置水槽I中，并保持外置水槽I水位与第一组试验相同。打开激光仪9及自动数码相机4，将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制为2m/s ο打开激光仪9和自动数码相机4，激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄I张，自动数码相机4拍摄定时为30分钟。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15，打开外置水槽出水口 6，将水排出。
[0035]第三组至第^^一组试验，分别调整传送带长支架高度至35011、40011、45011、50011、55cm、60cm、65cm、70cm、75cm，其他同第二组试验。
[0036]实施例2:河床推移质时间尺度分选规律试验研究
[0037]以内置水槽2和传送带15的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，选定2种透明玻璃球3粒径规格，透明玻璃球3直径分别为Imm和5mm，并预制透明玻璃球3。预制外置水槽I，外置水槽I材料是透明有机玻璃或透明钢化玻璃(本实施例为透明钢化玻璃)的下部封口、上部开口的长方体，宽度为45cm、长度为200cm、高度为100cm、壁厚为2cm。预制内置水槽2，其材料为透明钢化玻璃，宽度为25cm、长度为150cm、高度为35cm、壁厚为Icm的上部开口的长方体。预制铝制圆柱体传送带长支架10和短支架7，截面直径为5cm，短支架高度固定为20cm，长支架高度调整范围为20cm?80cm。购置并组装传送带15，其表面履带材料为塑胶，传送带转轴5材料为铝，传送带转轴5直径为15cm，两传送带转轴5圆心间距与内置水槽2长度相同为150cm，动力装置为额定功率为6kW的电动机，可置于上侧传送带转轴5内部，并通过电源连接线13接电压为220V的外部电源。
[0038]将传送带长支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，组装传送带15和内置水槽2，并安置在传送带长支架10和短支架7上，安装过程中应注意内置水槽2和外置水槽I两窄侧壁两端各设置25cm间距，宽侧壁两端各设置1cm间距。将长支架高度固定为45cm，并根据两长支架10和短支架7高度差和传送带15长度计算内置水槽2的倾斜角。在外置水槽I宽侧面布置激光仪9，调整激光仪9角度和位置，使其扫描内置水槽2尾侧的透明玻璃球3断面;在外置水槽I窄侧面布置自动数码相机4，调整自动数码相机4的高度和角度，镜头垂直于激光仪9扫描面。将预制好的透明玻璃球3放入内置水槽2内，打开外置水槽入水口 14及其阀门进行注水，使外置水槽I内水位漫过内置水槽2顶部高度。将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制为3m/s ο打开激光仪9和自动数码相机4，激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄3张，自动数码相机4拍摄定时为48小时。观测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒随时间变化的分布特征。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15，打开外置水槽出水口6，将水排出。
[0039]实施例3:山洪中推移质分选模型试验研究
[0040]以内置水槽2和传送带15的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，选定2种透明玻璃球3粒径规格，透明玻璃球3直径分别为1.5mm和4mm，并预制透明玻璃球3。预制外置水槽I，外置水槽I为材料是透明钢化玻璃的下部封口、上部开口的长方体，宽度为35cm、长度为150cm、高度为80cm、壁厚为1.5cm。预制内置水槽2，其材料为透明钢化玻璃，宽度为15cm、长度为100cm、高度为30cm、壁厚为Icm的上部开口的长方体。预制招制圆柱体传送带长支架10和短支架7，其截面直径4cm，短支架高度固定为20cm，长支架高度调整范围为20cm?80cm。购置并组装传送带15，履带材料为塑胶平面，传送带转轴5材料为铝，传送带转轴5直径为10cm，两传送带转轴5圆心间距与内置水槽2长度相同为100cm，动力装置为额定功率为5kW的电动机，可置于上侧传送带转轴5内部，并通过电源连接线13接电压为220V的外部电源。
[0041]将传送带长支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，组装传送带15和内置水槽2，并安置在传送带长支架10和短支架7上，安装过程中应注意内置水槽2和外置水槽I两窄侧壁两端各设置25cm间距，宽侧壁两端各设置1cm间距。将长支架高度固定为65cm，并根据两支架高度差和传送带15长度计算内置水槽2的倾斜角。在外置水槽I宽侧面布置激光仪9，调整激光仪9角度和位置，使其扫描内置水槽2尾侧的透明玻璃球3断面;在外置水槽I窄侧面自动数码相机4，调整自动数码相机4的高度和角度，镜头垂直于激光仪9扫描面。将预制好的透明玻璃球3放入内置水槽2内，打开外置水槽入水口 14及其阀门进行注水，使外置水槽I内水位漫过内置水槽2顶部高度。将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制为5m/s ο打开内置水槽2入水口，该入水口进水流速0.05m3/s，调节外置水槽出水口阀门13，使外置水槽I内的水位保持不变。打开激光仪9和自动数码相机4，激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄4张?每5分钟拍摄一张(本实施例为I张/分钟)，自动数码相机4拍摄定时为48分钟。观测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用和随时间变化的分布特征。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15，打开外置水槽出水口 6，将水排出。
[0042]实施例4:河床推移质全断面分选模型试验研究
[0043]以内置水槽2和传送带15的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，选定2种透明玻璃球3粒径规格，透明玻璃球3直径分别为Imm和5mm，并预制透明玻璃球3。预制外置水槽I，外置水槽I材料是透明有机玻璃或透明钢化玻璃(本实施例为透明钢化玻璃)的下部封口、上部开口的长方体，宽度为45cm、长度为200cm、高度为100cm、壁厚为2cm。预制内置水槽2，其材料为透明钢化玻璃，宽度为25cm、长度为150cm、高度为35cm、壁厚为Icm的上部开口的长方体。预制铝制圆柱体传送带长支架10和短支架7，其截面直径5cm，其短支架高度固定为20cm，长支架高度调整范围为20cm?80cm。购置并组装传送带15，其履带材料为塑胶平面，传送带转轴5材料为铝，传送带转轴5直径为15cm，其两传送带转轴5圆心间距与内置水槽2长度相同为150cm，动力装置为额定功率为6kW的电动机，可置于履带两平面之间或传送带转轴5内部，并通过电源连接线13接电压为220V的外部电源。
[0044]将传送带长支架10和短支架7固定于外置水槽I底部，组装传送带15和内置水槽2，并安置在传送带长支架10和短支架7上，安装过程中应注意内置水槽2和外置水槽I两窄侧壁两端各设置25cm间距，宽侧壁两端各设置1cm间距。将长支架高度固定为40cm，并根据两支架高度差和传送带长度计算内置水槽2的倾斜角。在外置水槽I宽侧面布置激光仪9，调整激光仪9角度和位置，第一组试验中，调整激光仪9扫描面为内置水槽2最尾侧断面;在外置水槽I窄侧面布置自动数码相机4，调整自动数码相机4的高度和角度，镜头垂直于激光仪9扫描面。将预制好的透明玻璃球3放入内置水槽2内，打开外置水槽入水口 12阀门进行注水，使外置水槽I内水位漫过内置水槽2顶部高度。将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制范围可为3m/s ο打开激光仪9和自动数码相机4，激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄2张，自动数码相机4拍摄定时为48小时。观测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒随时间变化的分布特征。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15。
[0045]第二组试验，上移激光仪9扫描面，调整自动数码相机4的高度和角度，镜头垂直于激光仪9扫描面。将两种粒径的透明玻璃球3取出充分混合后重新放入内置水槽2。打开激光仪9及自动数码相机4，将传送带15接入电源，打开传送带15开关，调节传送带15转动速度，速度控制为3m/s。打开激光仪9和自动数码相机4，调整反光镜8的位置，使得激光仪9扫描内置水槽2尾部断面，自动数码相机4拍摄频率为每分钟拍摄4张?每5分钟拍摄一张(本实施例为3张/分钟)，自动数码相机4拍摄定时为48小时。观测河床推移质垂直断面不同粒径颗粒随时间变化的分布特征。拍摄时间结束后，关闭激光仪9、自动数码相机4和传送带15。
[0046]第三至五组试验，依次上移激光仪9扫描面，其他步骤与第二组试验相同。
[0047]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.河床推移质垂直断面分选模型试验装置，包括顶部开口的长方体外置水槽，其特征在于:长方体外置水槽内设置有顶部开口的长方体内置水槽，长方体外置水槽底部设置有长支架和短支架，长支架与短支架上方设置有通过两个传送带转轴控制的传送带，传送带上方放置有顶部开口的长方体内置水槽，长方体内置水槽内部设置有若干个2?3种粒径不一致的透明玻璃球;外置水槽顶部设置有带阀门的入水口底部设置有带阀门的出水口，内置水槽顶部设置有穿过外置水槽侧壁的内置水槽入水口，内置水槽入水口通过阀门控制；外置水槽相对较宽的侧面设置有激光仪相对较窄的侧面设置有可对激光仪扫描面进行定时、定频率拍照的自动数码相机，激光仪同侧设置有调整激光仪扫描玻璃球垂向断面的反光镜。2.根据权利要求1所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述长支架上设置有可调节长支架高度的升降阀。3.根据权利要求1所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述外置水槽和内置水槽均为透明有机玻璃或透明钢化玻璃制成，外置水槽宽度为35cm?45cm、长度为150cm?200cm、高度为80?120cm、壁厚为Icm?2cm，外置水槽相对较窄的侧壁上方设置有通过阀门控制的入水口，入水口对面侧壁底部设置有通过阀门控制的出水口；内置水槽宽度为15 cm?25 cm、长度为I OOcm?150cm、高度为30?40 cm、壁厚为I cm?2cm，其中一端内置水槽侧壁与外置水槽侧壁之间的间距为20cm?30cm，另一端内置水槽侧壁与外置水槽侧壁之间的间距为1cm?15cm，内置水槽底部与传送带上平面相接且非密封;所述入水口和出水口为塑胶或铝制材料制成，直径为4cm?6cm，入水口和出水口在阀门处安装流速计，内置水槽和外置水槽的设计进水流速为O?0.lm3/s，外置水槽出水流速为O?0.2m3/s。4.根据权利要求1所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述透明玻璃球为透明有机玻璃制成，直径范围为Imm?20mm的球形。5.根据权利要求1所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述传送带为铝或塑胶材料制成，所述传送带转轴为不锈钢或铝材料制成，传送带转轴直径为1cm?20cm，两转轴圆心间距与内置水槽长度相同为10cm?150cm，传送带转轴通过3kW?6kW的电动机带动，所述电动机置于传送带两平面之间或传送带转轴内部并通过防水电线接电压为220V的外部电源。6.根据权利要求2所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述长支架与短支架为招或不锈钢材料制成的4cm?7cm的圆柱体或长为4cm?7cm、宽为4cm?7cm的长方体，短支架高度固定为20cm?30cm，长支架上设置升降阀并通过升降阀来调整内置水槽倾斜角度，长支架高度调整范围为20cm?10cm07.根据权利要求1所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置，其特征在于:所述自动数码相机，固定于外置水槽相对较窄侧面外部且镜头垂直于激光扫描面，拍摄频率为每分钟拍摄四张至每五分钟拍摄一张，拍摄定时为5?2880分钟，自动数码相机与计算机存储器连接，可自动存储拍摄数据至计算机。8.如权利要求1-7之一所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一:以内置水槽和传送带的形状和尺寸为依据，结合推移质实际比例缩放，预制Imm?5mm粒径的透明玻璃球，并选定2?3种透明玻璃球粒径作为模拟推移质材料； 步骤二:将长支架与短支架固定于外置水槽底部，将传送带和内置水槽安置在长支架与短支架上;调节长支架上的升降阀使得长支架的高度发生变化从而使得传送带和内置水槽的倾斜角度达到指定角度，其中内置水槽倾斜角度调整范围为O?15°; 步骤三:将选定的2?3种粒径的透明玻璃球放入内置水槽中； 步骤四:在外置水槽一侧设置激光仪和反光镜，另一侧设置自动数码相机，并调节激光仪、反光镜和自动数码相机的相对位置，使得自动数码相机能够拍摄到透明玻璃球截面；步骤五:打开外置水槽的入水口阀门进行注水，使得内置水槽整个浸入水中； 步骤六:打开激光仪和自动数码相机，调整自动数码相机的拍摄频率为每分钟拍摄4张至每5分钟拍摄一张，定时为5?2880分钟； 步骤七:将传送带接入电源，打开传送带开关后同时打开内置水槽入水口，内置水槽入水口进水流速O?0.lm3/s，，调节传送带转轴的转动速度，控制传送带转轴的转动速度范围为0.5m/s?5m/s ；当模拟流速超过5m/s时，调节外置水槽出水口阀门，使外置水槽内的水位保持不变； 步骤八:基于观测拍摄到的图像信息，利用图像处理软件获得河床推移质垂直断面不同粒径颗粒相互作用，及其随时间变化的分布特征。9.根据权利要求8所述的河床推移质垂直断面分选模型试验装置的使用方法，其特征在于:所述步骤四的具体步骤为:在外置水槽相对较宽侧面布置激光仪和反光镜，调整激光仪和反光镜放置的角度和位置，使激光仪的扫描面为内置水槽内部的透明玻璃球截面;在外置水槽相对较窄侧面外侧布置自动数码相机，调整自动数码相机支架高度和相机角度，使其镜头垂直于激光仪扫描面。
【文档编号】G01M10/00GK105841920SQ201610170503
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】孟珍珠, 孔纲强, 李春红, 孙学谨
【申请人】河海大学