一种河流冲淤深度检测装置及检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种河流冲淤深度检测装置及检测方法，属于水利水电工程、工程水文学以及河流泥沙动力学技术领域。本发明内测杆上端与圆顶连接，内测杆下端与内测杆底连接，内测杆上分布有凹槽，内测杆装入外钢管中，外钢管上部内壁设有凸槽，外钢管中下部设有贯通切口；通过对内测杆刻度值的读数采集以及分析，可以方便而精确的得到洪水对河床的掏刷深度以及洪水退去过程中泥沙对河床的淤积深度。本发明能在花费相对较低成本的情况下测量某次洪水对河流的掏刷情况，且数据观测简便，所得数据也比较精准。一方面，该装置经过第一次整体安装过后可以循环使用，为后续测量提供了方便；另一方面，该装置能够适应复杂河段的数据测量，具有较强的适应性。
【专利说明】
一种河流冲淤深度检测装置及检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种河流冲淤深度检测装置及检测方法，属于水利水电工程、工程水 文学以及河流泥沙动力学技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前还没有一种有效的测量仪器用于测量河流冲淤的深度。在洪水过程中，水对 河床的冲刷程度以及洪水退去时对河床的回填淤积程度这个方面，目前还没有有效的仪器 来对其进行测量。然而，在洪水过程中检测河床被冲刷的最大深度和洪水退去过程中河床 被泥沙於回的最终厚度，对于研究河流变迀，泥沙搬运，以及河流泥沙动力学方面有十分重 要的作用。不过，对河流对洪水冲刷河床的冲刷最大深度测量，以及对洪水退去过程中又回 於河床的最终回於深度测量，大都停止在设想以及对该方法的讨论层面上；目前还没有一 种有效、精确且方便的手段来对冲淤深度进行测量。
[0003] 鉴于上述情况，本发明结合河流冲刷现象以及现有的河流泥沙研究，为了方便采 集河流中河床冲刷的情况数据，针对目前在该方面的研究仪器缺乏，以及该方面的冲淤数 据采集方法的不实用、不经济、操作困难等技术问题而给出了此发明。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种河流冲淤深度检测装置及检测方 法，用于解决采集河流中河床冲刷数据研究仪器缺乏及该方面的冲淤数据采集方法的不实 用、不经济、操作困难等技术问题。
[0005] 本发明技术方案是：一种河流冲淤深度检测装置及检测方法，包括内测杆1、外钢 管2、圆顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口8;
[0006] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，外钢管2上部内壁设有凸槽6,外钢管2中下部设有贯通切口 8,在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接触。
[0007 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0008] 优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0009] 优选地，所述外钢管2的上部是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管2的上部钢管 内壁带有与内测杆1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外钢管2的中部为带有贯通切口 8的圆形钢 管，外钢管2的下部是封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管10。
[0010] 优选地，所述内测杆1安装在外钢管2内，并且内测杆1能在外钢管2内上下自由移 动。
[0011 ]优选地，所述内测杆底7为椭球型内测杆底。
[0012] -种河流冲淤深度检测方法，所述方法的具体步骤如下：
[0013] Stepl、首先在河流的待测位置上，打深钻孔，钻孔深入河床下的岩层13内，然后在 该钻孔上安装外钢管2;
[0014] Step2、向安装好的外钢管2内加入细沙3,并填满埋入河床质及以下部分的外钢管 2,之后，让外钢管2内的细沙3在河水的自然冲刷下，达到其平衡的位置；
[0015] Step3、在Step2完成过后，洪水来临之前，将内测杆1放入装有细沙3的外钢管2内， 待内测杆1稳定过后，读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值yl，作为初始读 数，具体情况如图2中的a部分所示；
[0016]如图2所示，河道的主要组成部分有:水11、河床质12、岩层13;图中a、b、c、d这四个 部分分别代表洪水前后的几个不同时期。a:洪水来临之前，将内测杆1放入装有细沙3的外 钢管2内，待内测杆1稳定过后的状态图；b:洪水过程中，洪水对河床的最大掏刷深度，此时 内测杆1下降到最低位置; c:洪水过后，河床质12反淤河道后的状态图；d:读完掏刷深度读 数y2之后，将内测杆1从外钢管2中拔出来，然后再次向外钢管2内注入细沙3，之后将内测杆 1放入重新装有细沙3的外钢管2内，待内测杆1稳定过后的状态图。
[0017] Step4、在洪水过后，再次读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值， 作为掏刷深度读数y2，具体情况如图2中的c部分所示；
[0018] 根据初始读数yl以及掏刷深度读数y2便可以计算出本次洪水过程中，洪水对河床 的掏刷深度Ayl，其具体计算式为:Ayl= |yl_y2| ;
[0019] Step5、读完掏刷深度读数y2之后，将内测杆1从外钢管2中拔出来，然后重复步骤 Step2,之后将内测杆1放入重新装有细沙3的外钢管2内，待内测杆1稳定过后，读出内测杆1 相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值y3,作为回於深度读数，最后将内测杆1取出放好， 等待下一次洪水过程冲淤深度的检测，具体情况如图2中的d部分所示。
[0020] 根据掏刷深度读数y2以及回於深度读数y3便可以计算出本次洪水过程中，泥沙对 河床的齡积深度Ay2,其具体计算式为:Ay2= |y3-y2| ;
[0021 ] Step6、根据Step4得到的洪水对河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙对河 床的淤积深度Ay2算出洪水过程中河床的掏刷程度Ay，其具体计算公式为:Ay = Ayl-A y2，其中Ay的值可正可负，正值表示河床在该次洪水中遭到侵蚀，河床下降；负值表示河床 在该次洪水中遭到淤积，河床上升。
[0022]本发明的工作原理是：
[0023] A、没有内测杆在外钢管内时，外钢管内细沙略高于河床高度，在水流的带动下，高 出河床的河沙随着水流被带走，最终高度与河床基本持平。其示意图如图12所示。
[0024] B、插入内测杆后，内测杆在自重下达到平衡。洪水来临，首先将外钢管周围的河床 冲刷下降，随后流出一段高于河床的管内沙柱。该沙柱在测杆以及水流的掏刷作用下，产生 坍塌，从而使测杆在自重的作用下向下移动，并且暂时达到一个新的平衡。之后，洪水继续 冲刷河床，管内继续出现沙柱，然后被压坍冲走，测杆下降。如此之后，达到最终的平衡。之 后洪水渐渐消退，从上游带下来的悬移质和推移质等发生沉降堆积，将冲刷后的河床再次 回於，测杆被埋在外钢管内。最终，洪水退去，河床表面出现新的平衡。其过程示意图如图13 和图14所示。
[0025] 本发明的有益效果是：
[0026] 本发明能在花费相对较低成本的情况下测量某次洪水对河流的掏刷情况，且数据 观测简便，所得数据也比较精准。一方面，该装置经过第一次整体安装过后可以循环使用， 为后续测量提供了方便;另一方面，该装置能够适应复杂河段的数据测量，具有较强的适应 性。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明结构示意图；
[0028] 图2是本发明涉及洪水过程中对河床冲刷与淤积的示意图；
[0029]图3是本发明内测杆(1)的正视图；
[0030]图4是本发明内测杆(1)的A-A截面剖面图；
[0031]图5是本发明内测杆⑴的B-B截面剖面图；
[0032]图6是本发明外钢管(2)的正视图；
[0033]图7是本发明外钢管的C-C截面剖面图；
[0034] 图8是本发明外钢管的D-D截面剖面图；
[0035] 图9是本发明外钢管的E-E截面剖面图；
[0036]图10是本发明外钢管2在各种作用力下的受力简化示意图；图中H为外钢管2的长 度，出为洪水深度，出为河床质12的厚度;H3为外钢管2伸入岩层13中的长度;P3是洪水表面 的最大动水压强，P2是洪水与河床质12接触面上的动水压强，上底P 3与下底P2共同构成了一 个呈现为梯形分布动的水压强，P是整个梯形分布动的水压强经过数学运算后得到的一个 集中动水压力，该压力就是洪水对外钢管2的作用力。Pi是岩层13的岩体抗压强度；
[0037]图11是本发明外钢管2的切口开口示意图；此时外钢管贯通切口 8切口角度为对称 的90度切口；
[0038] 图12是本发明外钢管2内无内测杆1的情况下，管内的外钢管贯通切口 8处细沙被 河水冲走不意图；
[0039] 图13是本发明河床自然高度处外钢管2的内外泥沙情况图。图中向右的箭头表示 水流方向。此图所处状态为洪水来临之前，此时已经向外钢管2中注入细沙3，并且将内测杆 放入了外钢管2中达到了受力平衡的稳定状态。河床质12的高度没有发生改变，外钢管2中 的细沙3没有裸露到水11中，内测杆在竖直方向上没有发生移动；
[0040] 图14是本发明洪水过程中河床质12被洪水冲刷下降后，外钢管2管内细沙3沙柱坍 塌导致内测杆1向下移动的示意图。图中向下的箭头表示内测杆向下移动，向右的箭头表示 水流方向。此图所处状态为洪水过程中，由于此时的洪水流速过大，与水11接触的河床质12 不断剥蚀冲走，从而导致了河床质12的高度下降，外钢管2中的细沙3形成一小段沙柱裸露 在水11中。该沙柱在测杆自重以及水流掏刷的双重作用下，在水11中产生坍塌并被水11带 走，从而使测杆失稳，内测杆在竖直方向上发生移动；
[0041] 图1-14中各标号：1_内测杆，2-外钢管，3-细沙，4-圆顶，5-凹槽，6-凸槽，7-内测杆 底，8-贯通切口，9-尺寸刻度线，10-光滑内壁圆形钢管，11 -水，12-河床质，13-岩层。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
[0043]实施例1-5中的一种河流冲淤深度检测装置的检测方法的具体步骤与实施例7中 的检测方法相同。
[0044] 实施例1:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0045] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，外钢管2上部内壁设有凸槽6,外钢管2中下部设有贯通切口 8,在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接触。
[0046] 实施例2:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0047] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，外钢管2上部内壁设有凸槽6,外钢管2中下部设有贯通切口 8,在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接触。
[0048] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0049] 实施例3:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0050] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，外钢管2上部内壁设有凸槽6,外钢管2中下部设有贯通切口 8,在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接触。
[0051 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0052]优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0053]实施例4:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0054]所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接 触。
[0055 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0056]优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0057]优选地，所述外钢管2的上部是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管2的上部钢管 内壁带有与内测杆1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外钢管2的中部为带有贯通切口 8的圆形钢 管，外钢管2的下部是封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管10。
[0058]实施例5:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0059]所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接 触。
[0060 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0061]优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0062] 优选地，所述外钢管2的上部是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管2的上部钢管 内壁带有与内测杆1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外钢管2的中部为带有贯通切口 8的圆形钢 管，外钢管2的下部是封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管10。
[0063] 优选地，所述内测杆1安装在外钢管2内，并且内测杆1能在外钢管2内上下自由移 动。
[0064] 实施例6:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0065] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接 触。
[0066 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0067]优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0068] 优选地，所述外钢管2的上部是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管2的上部钢管 内壁带有与内测杆1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外钢管2的中部为带有贯通切口 8的圆形钢 管，外钢管2的下部是封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管10。
[0069] 优选地，所述内测杆1安装在外钢管2内，并且内测杆1能在外钢管2内上下自由移 动。
[0070] 优选地，所述内测杆底7为椭球型内测杆底。
[0071 ] -种河流冲淤深度检测方法，所述方法的具体步骤如下：
[0072] Stepl、首先在河流的待测位置上，打深钻孔，钻孔深入河床下的岩层13内，然后在 该钻孔上安装外钢管2;
[0073] Step2、向安装好的外钢管2内加入细沙3,并填满埋入河床质及以下部分的外钢管 2,之后，让外钢管2内的细沙3在河水的自然冲刷下，达到其平衡的位置；
[0074] Step3、在Step2完成过后，洪水来临之前，将内测杆1放入装有细沙3的外钢管2内， 待内测杆1稳定过后，读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值yl，作为初始读 数，具体情况如图2中的a部分所示；
[0075] Step4、在洪水过后，再次读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值， 作为掏刷深度读数y2，具体情况如图2中的c部分所示；
[0076]根据初始读数yl以及掏刷深度读数y2便可以计算出本次洪水过程中，洪水对河床 的掏刷深度Ayl，其具体计算式为:Ayl= |yl_y2| ;
[0077] Step5、读完掏刷深度读数y2之后，将内测杆1从外钢管2中拔出来，然后重复步骤 Step2,之后将内测杆1放入重新装有细沙3的外钢管2内，待内测杆1稳定过后，读出内测杆1 相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值y3,作为回於深度读数，最后将内测杆1取出放好， 等待下一次洪水过程冲淤深度的检测，具体情况如图2中的d部分所示。
[0078] 根据掏刷深度读数y2以及回於深度读数y3便可以计算出本次洪水过程中，泥沙对 河床的齡积深度Ay2,其具体计算式为:Ay2= |y3-y2| ;
[0079] Step6、根据Step4得到的洪水对河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙对河 床的淤积深度Ay2算出洪水过程中河床的掏刷程度Ay，其具体计算公式为:Ay = Ayl-A y2，其中Ay的值可正可负，正值表示河床在该次洪水中遭到侵蚀，河床下降；负值表示河床 在该次洪水中遭到淤积，河床上升。
[0080] 实施例7:如图1-14所示，一种河流冲淤深度检测装置，包括内测杆1、外钢管2、圆 顶4、凹槽5、凸槽6、内测杆底7、贯通切口 8;
[0081] 所述内测杆1上端与圆顶4连接，内测杆1下端与内测杆底7连接，内测杆1上分布有 凹槽5,内测杆1装入外钢管2中，外钢管2上部内壁设有凸槽6,外钢管2中下部设有贯通切口 8,在使用时，细沙3装入外钢管2内，内测杆底7与细沙3紧密接触。
[0082 ] 优选地，所述凹槽5对称均勾分布在内测杆1上，凸槽6对称均勾的分布在外钢管2 上部内壁上，内测杆1装入外钢管2中时，凹槽5与凸槽6匹配连接。
[0083]优选地，所述内测杆1上设有尺寸刻度线9,每条尺寸刻度线9半环绕在内测杆1上， 尺寸刻度线9采用荧光材料。
[0084] 优选地，所述外钢管2的上部是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管2的上部钢管 内壁带有与内测杆1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外钢管2的中部为带有贯通切口 8的圆形钢 管，外钢管2的下部是封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管10。
[0085] 优选地，所述内测杆1安装在外钢管2内，并且内测杆1能在外钢管2内上下自由移 动。
[0086] 优选地，所述内测杆底7为椭球型内测杆底。
[0087] 仪器的结构构造，具体尺寸拟定如下，参照图3至图11。
[0088] 1、内测杆1的尺寸拟定
[0089] 1.1、内测杆1上部结构尺寸(如图3和图4所示）
[0090] 内测杆1上部为一段实心的圆柱体，该段柱体的高为h2,圆柱直径为Di。假设该内测 杆1的质量为m，内测杆1与外钢管2间的摩擦力系数f，洪水深度为Hi，河床质厚度为H 2，内测 杆1材料的屈服强度为G，安全系数为〇则有：
[0091]将内测杆1从外钢管2中抽出所需要的力h的大小满足如下条件：
[0092] Fi^mg+f ? Sa (1)
[0093] 式中：SA是内测杆1与外钢管2的最大接触面积；
[0094] m是内测杆1的质量；
[0095] f是内测杆1与外钢管2间的摩擦力系数；
[0096] Fi是将内测杆1从外钢管2中抽出所需要的力。
[0097] Sa^23tD2X (Hi+H2) (2)
[0098]式中:D2是内测杆的横截面直径；
[0099]压是洪水深度；
[0100] H2是河床质厚度为。
[0101]于是柱体高度h2必须满足下列条件式：
[0103]式中:h2是内测杆上部实心圆柱体的高度；
[0104] G是内测杆1上材料的屈服强度；
[0105] 0是安全系数
[0106] 其中圆柱直径Di不定，此处选取2D2作为其尺寸。
[0107] 1.2、内测杆1中部结构尺寸(如图3和图5所示）
[0108] 内测杆1中部长度匕主要取决于外钢管2的长度尺寸，可近似为：
[0109] hi = Ho+Hi+H2 (4)
[0110]式中：hi是内测杆1的中部长度；
[0111] Ho是从该河流百年一遇洪峰位置以上某处到该河流正常水位之间的距离。
[0112] 内测杆中部截面尺寸需要满足材料的抗剪切强度要求：
[0113]
[0114] 1.3、椭球型内测杆底7的结构尺寸(如图1所示）
[0115] 内测杆1底部就是椭球型内测杆底7。该底部为半椭球体，主要是为了增大椭球型 内测杆底7与细沙3间的压强，使裸露在水11中的沙柱在内测杆1的压力作用下产生坍塌，从 而使内测杆1下降。该部分也可以做成圆锥体，具体尺寸可结合河床质12的情况进行选择。
[0116] 2、外钢管2的尺寸拟定
[0117] 2.1、外钢管2的长度尺寸(如图6和图10所不）
[0118] 外钢管2的长度H:从该河流百年一遇洪峰位置以上某处到河床坚硬岩层13以下的 某个位置，该位置到河床质12的距离为H3。其中H 3用公式6确定。
[0119] 假设该位置的洪水深度为ft，河床质厚度为H2,外钢管2伸入岩层13内的深度为H3， 外钢管2的外直径为cU，从该河流百年一遇洪峰位置以上某处到该河流正常水位之间的距 离为Ho。
[0120] 如图10所示，由于外钢管所受的真实动水压力呈曲线分布，但为了方便计算将其 简化为梯形分布的动水压强。该梯形的上底是洪水表面的最大动水压强P 3,下底是与河床 质12接触面上的动水压强P2。整个梯形分布动的水压强又可以通过数学运算合成一个集中 的动水压力P，该压力就是洪水对外钢管2的作用力。其中P 2、P3可以根据该河流的水文数据 进行适当拟定。对于岩层13的岩体抗压强度?:，可根据该点的地质情况选定。
[0121 ]以水流与河床质的交界为矩心列平衡方程如下：
[0122]
[0123] 式中:朽是岩体抗压强度；
[0124] P2是洪水与河床质12接触面上的动水压强；
[0125] P3是洪水表面的最大动水压强；
[0126] cb是外钢管2的外直径。
[0127] 2.2、外钢管2的钢管壁厚(如图7、图8、图9以及图10所示）
[0128] 外钢管2的外直径cb可由钻孔直径确定，为施工方便，拟选cb与钻孔直径相同。
[0129]
可用材料的抗剪切公式计算。动水总压力 显然河床质12与水11的交界处是该钢管所受最大剪切力的地方。由于该处的外钢管2开了 两条口子，于是承受剪切力的面积变小了。该开口过程如图7所示。
[0130]外钢管2开口后的截面面积S'为：
[0131]
[0132] 式中：S'外钢管2开口后的截面面积；
[0133] 山是外钢管2的内直径。
[0134] 假设外钢管材料的屈服强度为V，安全系数为(/，于是外钢管壁厚S必须满足下式 10的要求：
[0135]
[0136] 式中:V是外钢管材料的屈服强度；
[0137] 是安全系数；
[0138] S是外钢管壁厚；
[0139] P集中的动水压力。
[0140] 所述的一种测量河流冲淤深度检测装置应用于洪水过程中河流冲淤深度检测方 法，所述一种测量河流冲淤深度检测方法的具体步骤如下：
[0141] Stepl、首先在河流的待测位置上，打深钻孔，钻孔深入河床下的岩层13内，然后在 该钻孔上安装外钢管2并进行底部膨胀固定；
[0142] Step2、向安装好的外钢管2内加入细沙3,并填满埋入河床质及以下部分的外钢管 2。之后，让外钢管2内的细沙3在河水的自然冲刷下，达到相对平衡的位置；
[0143] Step3、在Step2完成过后，洪水来临之前，将内测杆1放入装有细沙3的外钢管2内， 待内测杆1稳定过后，读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值yl，作为初始读 数，具体情况如图2中的a部分所示；
[0144] Step4、在洪水过后，再次读出内测杆1相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值， 作为掏刷深度读数y2，具体情况如图2中的c部分所示；
[0145] 根据初始读数yl以及掏刷深度读数y2便可以计算出本次洪水过程中，洪水对河床 的掏刷深度Ayl，其具体计算式为:Ayl= |yl_y2| ;
[0146] Step5、读完掏刷深度读数y2之后，将内测杆1从外钢管2中拔出来，然后重复步骤 Step2,之后将内测杆1放入重新装有细沙3的外钢管2内，待内测杆1稳定过后，读出内测杆1 相对于外钢管2上端边缘位置处的刻度值y3,作为回於深度读数，最后将内测杆1取出放好， 等待下一次洪水过程冲淤深度的检测，具体情况如图2中的d部分所示。
[0147]根据掏刷深度读数y2以及回於深度读数y3便可以计算出本次洪水过程中，泥沙对 河床的齡积深度Ay2,其具体计算式为:Ay2= |y3-y2| ;
[0148] Step6、根据Step4得到的洪水对河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙对河 床的淤积深度Ay2就可以算出洪水过程中河床的掏刷程度Ay，其具体计算公式为：Ay = Ayl-Ay2。其中Ay的值可正可负，正值表示河床在该次洪水中遭到侵蚀，河床下降；负值 表示河床在该次洪水中遭到淤积，河床上升。
[0149]上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实 施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下 作出各种变化。
【主权项】
1. 一种河流冲淤深度检测装置，其特征在于:包括内测杆（1)、外钢管（2)、细沙(3)、圆 顶(4)、凹槽(5)、凸槽(6)、内测杆底(7)、贯通切口（8); 所述内测杆⑴上端与圆顶⑷连接，内测杆⑴下端与内测杆底⑴连接，内测杆⑴上 分布有凹槽(5)，内测杆（1)装入外钢管(2)中，外钢管(2)上部内壁设有凸槽(6)，外钢管(2) 中下部设有贯通切口（8)，在使用时，细沙(3)装入外钢管(2)内，内测杆底(7)与细沙(3)紧 密接触。2. 根据权利要求1所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述凹槽(5)对称均匀 分布在内测杆（1)上，凸槽(6)对称均匀的分布在外钢管（2)上部内壁上，内测杆（1)装入外 钢管(2)中时，凹槽(5)与凸槽(6)匹配连接。3. 根据权利要求1所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述内测杆（1)上设有 尺寸刻度线(9)，每条尺寸刻度线(9)半环绕在内测杆(1)上，尺寸刻度线(9)采用荧光材料。4. 根据权利要求1所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述外钢管（2)的上部 是封闭且没有切口的圆形钢管，外钢管（2)的上部钢管内壁带有与内测杆（1)上的凹槽(5) 相匹配的凸槽(6)，外钢管(2)的中部为带有贯通切口（8)的圆形钢管，外钢管(2)的下部是 封闭没有切口且没有凸槽的光滑内壁圆形钢管（10)。5. 根据权利要求1所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述内测杆（1)安装在 外钢管(2)内，并且内测杆(1)能在外钢管(2)内上下自由移动。6. 根据权利要求1所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述内测杆底（7)为椭 球型内测杆底。7. 根据权利要求1或4所述的河流冲淤深度检测装置，其特征在于:所述贯通切口（8)的 切口在外钢管(2)上对称开切口。8. -种河流冲淤深度检测方法，其特征在于:所述方法的具体步骤如下： Stepl、首先在河流的待测位置上，打深钻孔，钻孔深入河床下的岩层（13)内，然后在该 钻孔上安装外钢管(2); Step2、向安装好的外钢管(2)内加入细沙(3)，并填满埋入河床质及以下部分的外钢管 (2)，之后，让外钢管(2)内的细沙(3)在河水的自然冲刷下，达到其平衡的位置； Step3、在Step2完成过后，洪水来临之前，将内测杆（1)放入装有细沙（3)的外钢管（2) 内，待内测杆（1)稳定过后，读出内测杆（1)相对于外钢管(2)上端边缘位置处的刻度值yl， 作为初始读数； Step4、在洪水过后，再次读出内测杆（1)相对于外钢管（2)上端边缘位置处的刻度值， 作为掏刷深度读数y2; 根据初始读数yl以及掏刷深度读数y2便可以计算出本次洪水过程中，洪水对河床的掏 刷深度Ayl，其具体计算式为:Ayl= Iyl-y2| ; Step5、读完掏刷深度读数y2之后，将内测杆（1)从外钢管（2)中拔出来，然后重复步骤 Step2,之后将内测杆（1)放入重新装有细沙(3)的外钢管(2)内，待内测杆（1)稳定过后，读 出内测杆（1)相对于外钢管(2)上端边缘位置处的刻度值y3,作为回於深度读数，最后将内 测杆(1)取出放好，等待下一次洪水过程冲淤深度的检测。 根据掏刷深度读数y2以及回於深度读数y3便可以计算出本次洪水过程中，泥沙对河床 的齡积深度Ay2,其具体计算式为:Ay2= |y3-y2| ; Step6、根据Step4得到的洪水对河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙对河床的 齡积深度Ay2算出洪水过程中河床的掏刷程度Ay，其具体计算公式为：Ay = Ay 1-Ay2， 其中Ay的值可正可负，正值表示河床在该次洪水中遭到侵蚀，河床下降；负值表示河床在 该次洪水中遭到淤积，河床上升。
【文档编号】G01M10/00GK106053014SQ201610354918
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】毛泽凌, 黄永辉
【申请人】昆明理工大学