一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置的制作方法

本技术涉及航道整治工程，具体是一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置。

背景技术：

1、长江中下游岸坡主要由抗冲性较弱的全新世松散沉积物组成，受河道水流冲刷、降雨、冰冻、风蚀等因素影响，往往发生不同程度的岸坡侵蚀甚至崩塌，使得河段内滩槽变迁频繁，碍航情况频发，因此需要采取相应的航道整治工程措施进行调节和守护。软体排是由排垫（高强度合成纤维土工织物，一般为聚丙烯编织布）和压载块系结而成，具有较高的灵活性、较强的耐久性，以及适应河床变形的能力。自20世纪90年代以来，软体排被广泛应于航道整治建筑物的防冲、固滩和护底工程，取得了良好的洲滩守护效果。

2、随着顺水沉排施工工艺的广泛使用，随之而来的工程问题也逐步显现。对于大水深、高流速的复杂工况，排体入水后与水流方向基本呈正交状态，排布兜水严重，受大荷载动水压力影响，易发生断排、撕排现象；而大水深导致排头沉距长，排头无法平稳、精准着床从而偏离设计排位，使得搭接不合设计规范要求，质量控制不达标，从而面临补排，甚至重新铺排的情况发生，大大增加施工成本。

3、目前国内外关于沉排施工工艺的研究大部分采用现场实测法，由于开展原型试验成本高、操作复杂及且存在一定的安全风险，此外实际工程中难以通过改变水流条件以监测不同工况下排体稳定性状态随水动力的变化过程，故不利于相关研究的深入开展。因此有必要设计软体排顺水沉排的室内模型试验装置，以揭示水下排体的变形及运动规律，从而改进现有不良工况下的沉排措施，优化沉排方案，提高排头着床精度，降低撕排风险，顺利完成铺排任务。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置，

2、为实现上述技术目的，本实用新型采用如下技术方案：

3、一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置，包括：试验水槽、支撑装置、软体排缩尺模型、放排装置和牵拉装置；

4、所述支撑装置固定于试验水槽内，用于固定放排装置和牵拉装置；

5、所述放排装置由第一卷筒、主支架、第一动力装置和第一支撑板组成，所述主支架放置于支撑装置上，所述软体排缩尺模型卷于第一卷筒上，所述第一动力装置通过第一支撑板固定于第一卷筒轴侧，所述第一卷筒内的转轴连接第一动力装置，通过第一动力装置带动第一卷筒转动；

6、所述牵拉装置由第二卷筒、从支架、第二动力装置、牵拉绳和第二支撑板组成，所述从支架固定于支撑装置上并与主支架平行，所述牵拉绳连接第二卷筒和主支架；所述第二动力装置通过第二支撑板固定于第二卷筒轴侧，所述第二卷筒内的转轴连接第二动力装置，通过第二动力装置带动第二卷筒转动；

7、所述试验水槽内软体排缩尺模型的上游断面处设置声学多普勒流速仪，下游处设置水下摄像机。

8、作为一种优选的实施方式，所述支撑装置由两个对称的单侧支架组成，每个单侧支架由2个l型直立架和1个支撑杆组成，所述l型直立架一面沿竖排设有若干贯通孔，所述1个支撑杆穿过2个l型直立架的贯通孔，形成所述单侧支架。通过设置多孔直立架上不同高度的孔洞，使得不同水深条件下主支架、从支架可较好的贴合水面，保证排头沉距与原型的高度相似。

9、作为一种优选的实施方式，所述l型直立架无贯通孔一面与试验水槽的侧壁贴合并固定，l型直立架高度与水槽的侧壁齐平。

10、作为一种优选的实施方式，所述l型直立架由钢材制成。

11、作为一种优选的实施方式，所述l型直立架无贯通孔一面通过螺栓固定于试验水槽的侧壁。

12、作为一种优选的实施方式，所述放排装置还包括固定于支撑装置上的矩形板和翻板，所述翻板的纵剖面为直角三角形，其直角边与矩形板高度相同并焊接为一体结构，所述软体排缩尺模型沿矩形板、翻板斜边进入水体；所述矩形板、翻板与主支架固定连接。设计矩形板和翻板一体结构能够还原现场沉排过程中排体的受力变形状态，翻板可为软体排提供滑动坡度。

13、作为一种优选的实施方式，所述第一支撑板设置于第一卷筒两侧，并固定于主支架上；第一支撑板上开设通孔并嵌入与通孔尺寸一致的第一动力装置，两个第一动力装置间连接第一卷筒；

14、所述第二卷筒、第二动力装置和第二支撑板采用相同的连接方式。

15、作为一种优选的实施方式，所述主支架设置于水流上游处。

16、作为一种优选的实施方式，所述主支架、从支架间的初始距离大于或等于软体排缩尺模型的长度。

17、作为一种优选的实施方式，所述第一动力装置、第二动力装置为步进电机。

18、本实用新型采用步进电机连接卷筒的方式，模拟卷排筒的放排过程；通过设置多孔直立架上不同高度的孔洞，使得不同水深条件下矩形板、主支架、从支架可较好的贴合水面，保证排头沉距与原型的高度相似；采用动力装置、卷筒和牵拉绳组成的联动装置，使主支架可带动卷排筒等装置匀速移动。此外本实用新型所采用的试验装置结构简单，调节灵活，相比原型试验易于操作，可根据试验水槽中设置的不同水流工况，实时监测沉排过程中排头稳定性状态及排体水下形态随水深的变化，并检验排体着床精度，分析撕排发生规律，从而指导现场沉排施工。

技术特征：

1.一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置，其特征在于，包括：试验水槽（1）、支撑装置、软体排缩尺模型（11）、放排装置和牵拉装置；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支撑装置由两个对称的单侧支架组成，每个单侧支架由2个l型直立架（2）和1个支撑杆（3）组成，所述l型直立架（2）一面沿竖排设有若干贯通孔，所述1个支撑杆（3）穿过2个l型直立架（2）的贯通孔，形成所述单侧支架。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述l型直立架（2）无贯通孔一面与试验水槽（1）的侧壁贴合并固定，l型直立架（2）高度与水槽（1）的侧壁齐平。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述l型直立架（2）由钢材制成。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述l型直立架（2）无贯通孔一面通过螺栓固定于试验水槽（1）的侧壁。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述放排装置还包括固定于支撑装置上的矩形板（6）和翻板（7），所述翻板（7）的纵剖面为直角三角形，其直角边与矩形板（6）高度相同并焊接为一体结构，所述软体排缩尺模型（11）沿矩形板（6）、翻板（7）斜边进入水体；所述矩形板（6）、翻板（7）与主支架（4）固定连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一支撑板（8）设置于第一卷筒（10）两侧，并固定于主支架（4）上；第一支撑板（8）上开设通孔并嵌入与通孔尺寸一致的第一动力装置（9），两个第一动力装置（9）间连接第一卷筒（10）；

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主支架（4）设置于水流上游处。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主支架（4）、从支架（5）间的初始距离大于或等于软体排缩尺模型（11）的长度。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一动力装置（9）、第二动力装置（13）为步进电机。

技术总结
本技术公开了一种航道整治软体排顺水流沉放的模型试验装置，包括：试验水槽、支撑装置、软体排缩尺模型、放排装置和牵拉装置，支撑装置固定于试验水槽内，用于固定放排装置和牵拉装置；放排装置由第一卷筒、主支架、第一动力装置和第一支撑板组成，主支架放置于支撑装置上，软体排缩尺模型卷于第一卷筒上，第一动力装置通过第一支撑板固定于第一卷筒轴侧，带动第一卷筒转动；牵拉装置和放排装置的区别在于，从支架固定于支撑装置上并与主支架平行，第二卷筒上设有牵拉绳连接主支架，水槽内设置ADV和水下摄像机。本技术可模拟软体排沉排的水域环境，进行不同水流工况下顺水沉排模型试验，且试验装置结构简单，调节灵活，易于操作及推广。

技术研发人员：杨涵苑,袁聪,黄廷杰,丁跃,夏志康,左利钦,陆彦,陆永军,朱明成
受保护的技术使用者：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院
技术研发日：20230414
技术公布日：2024/1/15