人工液化冲沙试验装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供的人工液化冲沙试验装置，试验时打开上水箱连接的阀门，使水流在矩形槽内的泥沙表面流动，这时泥沙仅受到水流的拖拽力与上举力，逐步加大流量，观察泥沙表面的状态，若泥沙刚好出现被水流冲走时，建立一定时间内所需水量与冲沙量的关系；当采用人工垂直液化技术来降低泥沙的起动应力和起动流速时，即在打开上水箱连接的阀门的情况下，再打开下部压力渗管，给定一定压力，当泥沙刚好出现被水流冲走时，建立一定时间内所需水量与冲沙量的关系。对比验证利用人工垂直液化技术可以实现在流量较小的情况下，实现高效冲击淤积泥沙，减少用水量，为水利工程建设中解决泥沙淤积问题提供科学依据。
【专利说明】人工液化冲沙试验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及水利工程的试验装置，尤其适用于人工液化冲沙的试验。
【背景技术】
[0002]随着一些大型水库和重要河道在修建后短时间内泥沙淤积较为严重，影响水库的蓄水能力和河道的过流能力，如何进行高效排沙成为目前的一个重要研究课题。近年来人们在治沙实践中主要采取“拦、排、调、放、挖”综合治理措施，也采取了“调水调沙”、异重流排沙等措施，在理论分析和实践应用上取得了一批重要的研究成果，但是水流的输沙能力仍然较低，对于已充分固结的土体，尤其是淤泥质土，仅靠水流流动时的拖曳力与上举力起动泥沙较困难，且冲沙效果不明显，耗水较多。目前一些水利工程采取的“束水攻沙、射流冲沙、高渠拉沙”技术，集中水量下泻，冲刷河道淤积泥沙，为解决“善淤”问题进行了初步尝试，但其代价是输送I t沙大约需要40 m 3的水，表明“调水调沙”并没有明显地提高水流的输沙能力，其原因是调水调沙技术并没有摆脱利用水流表层拖曳力和上举力起动泥沙的原理，能否在正常工作的条件下，有效解决沙多水少的现状，达到高效节水的冲沙目的，是一个非常值得研究的问题。
[0003]本实用新型设计了人工冲沙液化试验装置，利用人工垂向液化技术降低泥沙的起动应力和起动流速的原理，研究在低流速小流量的情况下也能实现高效冲沙，大大节约冲沙用水，为水利工程的高效排沙提供依据。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的在于:通过提供的试验装置，验证人工垂直液化技术提高冲沙效率的设想，为水利工程的高效排沙提供科学依据。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:人工液化冲沙试验装置，装置由水槽1、压力渗管2、上水箱3、下水箱4、透水隔板5、多级沉沙池6、水泵7、阀门8、流量阀门9、加压设备
10、压力水罐11、压力表12、压力调节注水阀13构成；在试验装置的压力水罐11的顶部安装着压力表12、压力调节注水阀13与连接加压设备10的管线；在水槽I内的左侧上部设置上水箱3，右侧设置下水箱4，其中在下水箱4的左侧下部设置透水隔板5 ;在下水箱4与上水箱3之间，在水槽I的中部固定着横隔板，上面布设压力渗管2，其中连接压力渗管2与压力水罐11的管线上安装着流量阀门9 ;在水槽I下部的设置的水泵7与透水隔板5的之间均布沉淀池6，在沉淀池6上设置竖隔板，其中竖隔板分别固接在水槽I的底面；在连接水泵7与上水箱3的外接管线上安装着阀门8。
[0006]本实用新型的工作原理:传统观念认为渗透力使土体产生渗透变形对工程是一种危害，常规总是采用各种方式加以防止或控制，很少考虑如何利用土的渗透变形来处理工程中的实际问题，而本装置打破了传统观念，通过人工埋管加压的方式，在泥沙内部产生超静孔隙水压力，使泥沙颗粒产生液化而处于悬浮状态，导致有效重度下降，最终使泥沙起动切应力和起动流速下降，在低流速、小流量的情况下也能实现高效冲沙，提高水流的输沙能力。
[0007]本实用新型为研究输沙能力的试验提供了最好的实验平台，获取了未打开下部压力渗管泥沙被水流带走时，所需的流速和流量与泥沙冲出量的关系；打开下部压力渗管泥沙被水流带走时，所需的流速和流量与泥沙冲出量的关系；上部流速一定，泥沙被带走时，下部压力渗管所需提供压力与淤积泥沙厚度的关系；下部压力渗管提供压力一定时，泥沙淤积厚度与所需流速之间的关系；该量化指标具有重要的应用价值，彰显技术进步。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本实用新型结合附图作进一步说明。
[0009]附图为本试验装置的结构示意图；
[0010]如图所示:1-水槽、2-压力渗管、3-上水箱、4-下水箱、5-透水隔板、6-多级沉沙池、7-水泵、8-阀门、9-流量阀门、10-加压设备、11-压力水罐、12-压力表、13-压力调节注水阀。
【具体实施方式】
[0011]本实用新型结合实施例作进一步说明。
[0012]实施例
[0013]装置设计:在试验装置的压力水罐的顶部安装着压力表、压力调节注水阀与连接加压设备的管线；在水槽内的左侧上部设置上水箱，右侧设置下水箱，其中在下水箱的左侧下部设置透水隔板；在下水箱与上水箱之间，在水槽的中部固定着横隔板，上面布设压力渗管，其中连接压力渗管与压力水罐的管线上安装着流量阀门；在水槽下部的设置的水泵与透水隔板的之间均布沉淀池，在沉淀池上设置竖隔板，其中竖隔板分别固接在水槽的底面；在连接水泵与上水箱的外接管线上安装着阀门。
[0014]所述装置的水槽为矩形。
[0015]所述装置的沉淀池内均布着阶梯式的竖隔板。
[0016]实施要点:
[0017]I)上水箱:给水槽内泥沙上游提供稳定的水源；水箱右侧隔板上有均匀的圆孔，以便于水流均匀地流入下部的泥沙中；
[0018]2)下水箱:用来储存矩形槽中冲出的水和泥沙，同时实现泥沙在水槽中的沉积；
[0019]3)透水隔板:减少下水箱中的泥沙流入下部的输水箱，实现对泥沙的初次过滤作用；
[0020]4)多级沉沙池:由多级逐步高度降低的隔板组成，逐级实现对泥沙的阻挡作用，达到进一步过滤的作用；
[0021]5)水泵:通过梯级沉沙池净水后，把水抽至上水箱，实现水资源的循环利用；
[0022]6)阀门:用于控制泥沙表层冲沙的水流大小；
[0023]7)流量阀门:用于控制压力渗管中的出水量；
[0024]8)加压设备(高坡压力池或带有空压机的压力水箱):给渗透压力埋管提供试验所需的压力水头；
[0025]9)压力水罐:用于给压力渗管提供一个稳定的压力源；[0026]10)压力表:用来显示压力水头；
[0027]11)压力调节阀兼注水阀:用来调节压力水头的大小及往压力水罐中注水。
[0028]具体的操作步骤:
[0029]I)设置一个矩形水槽，内部设置横隔板，在横隔板上铺设压力渗管，然后在压力渗管上铺设泥沙，首次铺设厚度为5cm，使其在水中沉积，根据试验研究的需要，逐步添加泥沙的厚度。
[0030]2)然后打开上水箱上控制水流流量的阀门，使沙土排水固结，观测沙土的孔隙水变化，同时观测沙土表面的沉降变形，选取六个点的位置进行观测，每I小时测定一次，当连续三次的变形量不大于2mm时，初步确定土体内部的超孔隙水应力为零，表面沉降趋于稳定，泥沙已基本固结。
[0031]3)打开注水阀往压力水罐中注水后关闭，然后打开空压机的开关，进行补加压力，通过调节阀使压力水罐的压力达到稳定值，即为0.5KPa,此时压力表可以显示压力水头，打开流量阀门，控制压力渗管中的出水量，使泥沙底部形成压力水源，从而产生超静孔隙水压力；如果提供压力足够大，使泥沙颗粒产生液化而处于悬浮状态，此时埋管上方出现“沸沙”现象；
[0032]4)向上水箱内加水，使水箱内水面高度为10cm，同时使水流在矩形槽内形成稳定流态；并启动水泵，通过调节流量阀门控制水流的大小，使液化后的泥沙颗粒刚好被水流冲走，通过一段时间稳定后，测出泥沙颗粒起动时的流速，计算2h内的冲沙量和耗水量之间的关系；
[0033]5)关闭下部的压力渗管，不对泥沙提供下部压力水源，原有的流速条件下，泥沙不能被冲走；逐步加大上部水箱的流量，待泥沙颗粒刚好也随水流移动时，停止加大流量，稳定一段时间后，测出泥沙颗粒起动时的流速，同时计算2h内冲沙量与耗水量之间的关系；对其进行比较，分析通过压力渗管作用后，冲击一定含量泥沙的节水效果。
[0034]装置的材料:
[0035]本实用新型制作的矩形水槽、水箱、隔板的材料均为有机玻璃板，根据具体尺寸切割粘合而成。
【权利要求】
1.人工液化冲沙试验装置，其特征在于:装置由水槽(I)、压力渗管(2)、上水箱(3)、下水箱(4)、透水隔板(5)、多级沉沙池(6)、水泵(7)、阀门(8)、流量阀门(9)、加压设备(10)、压力水罐(11)、压力表(12)、压力调节注水阀(13)构成；在试验装置的压力水罐(11)的顶部安装着压力表(12)、压力调节注水阀(13)与连接加压设备(10)的管线；在水槽(I)内的左侧上部设置上水箱(3)，右侧设置下水箱(4)，其中在下水箱(4)的左侧下部设置透水隔板(5);在下水箱(4)与上水箱(3)之间，在水槽(I)的中部固定着横隔板，上面布设压力渗管(2)，其中连接压力渗管(2)与压力水罐(11)的管线上安装着流量阀门(9);在水槽(I)下部的设置的水泵(7)与透水隔板(5)的之间均布沉淀池(6)，在沉淀池(6)上设置竖隔板，其中竖隔板分别固接在水槽(I)的底面；在连接水泵(7)与上水箱(3)的外接管线上安装着阀门(8)。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于:装置的水槽(I)为矩形。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于:装置的沉淀池(6)内均布着阶梯式的竖隔板。
【文档编号】G01M10/00GK203587317SQ201320783435
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】刘亮, 张远芳, 张凌凯, 何建新, 王建祥 申请人:新疆农业大学