一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置及方法与流程

本发明涉及水利和岩土实验领域，尤其是一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置及方法。

背景技术：

我国有各类水库和湖泊近十万个、河流近五万条，两岸边坡的抗波浪侵蚀能力主要受内在因素与外在因素的影响。内在因素主要为岩土体的组成成分与土体的含水率、干密度、黏聚力c等物理力学指标。外在因素主要为库水波浪的波速、浪高、周期等。目前有一些学者尝试着开展了定性的现场实验，较好的反映了实际环境，但其实验变量难以控制、且耗时耗力、测量精度难以保证。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置及方法，可以解决现有测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力无实验装置的问题，结构简单，使用方便，自动采集电子天平的数据，确定颗粒流失质量与时间的关系，计算单位时间的质量损失率，确定不同土体或软岩样品抵抗浪蚀的能力。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置，包括设置在承重架上的水槽体，水槽体上分别设有进水口和出水口，水槽体的槽壁上设有刻度；

水槽体上安装有带水平板体的固定架，水平板体上放置有可移动的电子天平，传力架通过放置在电子天平上表面的传力板安装于固定架上，传力架底部通过多根杆体与试样盒铰接，试样盒与水槽体不接触；

水槽体内安装有与试样盒相配合的造浪器；

电子天平通过数据线与数据采集模块连接。

造浪器为变频造浪器。

造浪器包括固定支架，固定支架上安装有电动螺旋浆，多个不同长度的螺旋浆叶片与电动螺旋浆相配合。

试样盒两侧的水槽体内各设有与试样盒相邻但不接触的护板。

试样盒为上表面敞开的楔体状盒体，其两侧壁为金属网侧壁。

一种采用装置测试土体或软岩抵抗波浪冲刷能力的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：关闭水槽体的出水口，打开水槽体的进水口，向水槽体内加水，直至初始平静水位与试样盒底面高度相当或略高；

步骤2：开启造浪器，等待一段时间直至产生的波浪稳定；

步骤3：测量水槽体内准备安装试样盒部位的水流速度，并根据水槽体上的刻度计算波浪高度；

步骤4：关闭造浪器，等待一段时间直至水面平静稳定；

步骤5：将装有土体或软岩样品的试样盒通过杆体和传力板一起挂在电子天平上，并缓慢放入水槽体内；

步骤6：开启电子天平，并将电子天平读数清零；

步骤7：开启数据采集模块按时间间隔采集和记录电子天平读数；

步骤8：开启造浪器，随着波浪的侵蚀，样品中的颗粒被水带走，质量减小，电子天平的读数随之变化；

步骤9：设置试验时间达到2小时后，关闭数据采集模块和造浪器，波浪侵蚀试验完成；

步骤10：数据采集模块记录的读数是样品在水中的质量，设初始放入水中时的质量为m0，样品质量随着波浪侵蚀逐渐减少，某一时刻的读数为m1，则波浪造成的质量损失为△m＝(m0-m1)，试验过程中的损失值随着时间t逐渐增大，设损失率k＝△m/m0，以任意不间断的一小时的最大k值为最大损失率；

步骤11：设置至少一组波浪速度，针对相同条件的多个土体或软岩样品开展实验，分别确定每组样品的最大损失率；

步骤12：根据每组样品的最大损失率以及相对应的波浪速度，按照相对应的评价标准，确定和评价土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力。

步骤3中采用流速测量仪测量流速。

步骤11中，设置的波浪速度为0.1m/s、1m/s，5m/s中的一组或任意两组或三组，针对相同条件的多个土体或软岩样品开展实验，分别确定每组样品的最大损失率；

步骤12中，采用的评价标准如下：

土体或软岩抗浪蚀能力评价表

步骤12中，若不同波浪速度下的同一土体或软岩的抗浪蚀能力评价结论不同时，以就低为原则。

本发明提供的一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置及方法，可以解决现有测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力无实验装置的问题，结构简单，使用方便，自动采集电子天平的数据，确定颗粒流失质量与时间的关系，计算单位时间的质量损失率，确定不同土体或软岩样品抵抗浪蚀的能力，具体如下：

1、可以分针对粘土、砂土、软岩等不同类型的岩土体，开展冲刷侵蚀试验，根据评价表，确定不同岩土体的抵抗波浪侵蚀的能力，如：粘土抗侵蚀能力较强、砂土能力一般，软岩能力强。

2、可以针对不同密实度的同一类土样，开展冲刷侵蚀试验，得到该类土体抵抗波浪侵蚀的能力与密实状态的定量关系；如：当密实度为非常密实状态时，抗侵蚀能力强，密实度为松散状态时，抗侵蚀能力差。

3、针对物理条件相同的土样，设置不同的迎水面坡度，开展冲刷侵蚀试验，得到土体抵抗波浪侵蚀的能力与斜坡坡度的定量关系；如：当坡度大于60度时，抗侵蚀能力差，当坡度小于30度时，抗侵蚀能力较强。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二中某土样在三种不同波浪速度下，质量损失率随时间的关系曲线图。

具体实施方式

实施例一

如图1-图2所示，一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置，包括设置在承重架1上的水槽体2，水槽体2上分别设有进水口3和出水口4，水槽体2的槽壁上设有刻度；

水槽体2上安装有带水平板体9-1的固定架9，水平板体14-1上放置有可移动的电子天平5，传力架6通过放置在电子天平5上表面的传力板6-1安装于固定架9上，传力架6底部通过多根杆体7与试样盒8铰接，试样盒8与水槽体2不接触；

水槽体2内安装有与试样盒8相配合的造浪器12；

电子天平5通过数据线11与数据采集模块10连接。

造浪器12为变频造浪器。

造浪器12包括固定支架12-1，固定支架12-1上安装有电动螺旋浆12-2，多个不同长度的螺旋浆叶片与电动螺旋浆12-2相配合，以制造不同流速和浪高的波浪。

试样盒8两侧的水槽体2内各设有与试样盒8相邻但不接触的护板13，护板13优选为有机玻璃制成的三角形护板。

试样盒8为上表面敞开的楔体状盒体，其两侧壁为金属网侧壁。

传力架6优选为“口”字形架体。

数据采集模块10优选为拓普测控的ndaq-20024数据采集模块。

流速测量仪为ls300a流速测量仪。

实施例二

一种采用上述权利要求1-5中任一项所述的装置测试土体或软岩抵抗波浪冲刷能力的方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：关闭水槽体2的出水口4，打开水槽体2的进水口3，向水槽体2内加水，直至初始平静水位与试样盒8底面高度相当或略高；

步骤2：开启造浪器12，等待一段时间直至产生的波浪稳定；

步骤3：测量水槽体2内准备安装试样盒8部位的水流速度，并根据水槽体2上的刻度计算波浪高度；

步骤4：关闭造浪器12，等待一段时间直至水面平静稳定；

步骤5：将装有土体或软岩样品的试样盒8通过杆体7和传力板6一起挂在电子天平5上，并缓慢放入水槽体2内；

步骤6：开启电子天平5，并将电子天平5读数清零；

步骤7：开启数据采集模块10按时间间隔采集和记录电子天平5读数；

步骤8：开启造浪器12，随着波浪的侵蚀，样品中的颗粒被水带走，质量减小，电子天平5的读数随之变化；

步骤9：设置试验时间达到2小时后，关闭数据采集模块10和造浪器12，波浪侵蚀试验完成；

步骤10：数据采集模块10记录的读数是样品在水中的质量，设初始放入水中时的质量为m0，样品质量随着波浪侵蚀逐渐减少，某一时刻的读数为m1，则波浪造成的质量损失为△m＝(m0-m1)，试验过程中的损失值随着时间t逐渐增大，设损失率k＝△m/m0，以任意不间断的一小时的最大k值为最大损失率；

步骤11：设置至少一组波浪速度，针对相同条件的多个土体或软岩样品开展实验，分别确定每组样品的最大损失率；

步骤12：根据每组样品的最大损失率以及相对应的波浪速度，按照相对应的评价标准，确定和评价土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力。

步骤3中采用流速测量仪测量流速。

步骤11中，设置的波浪速度为0.1m/s、1m/s，5m/s中的一组或任意两组或三组，针对相同条件的多个土体或软岩样品开展实验，分别确定每组样品的最大损失率；

步骤12中，采用的评价标准如下：

土体或软岩抗浪蚀能力评价表

步骤12中，若不同波浪速度下的同一土体或软岩的抗浪蚀能力评价结论不同时，以就低为原则，例如：

某土样在三种不同波浪速度下，质量损失率随时间的关系曲线图如图2所示，

在浪速0.1m/s条件下，土样前10分钟损失较小，第10～70分钟的损失率最大，达到0.24，按表格评价该土体的抗冲蚀能力为差；

在浪速1.0m/s条件下，土样第2～62分钟的损失率最大，达到0.47，按表格评价该土体的抗冲蚀性为差；

在浪速5.0m/s条件下，土样第0～60分钟的损失率最大，达到0.65，按表格评价该土体的抗冲蚀能力为极差；

以三种流速中最低原则为结论，综合评价该土体的抗冲蚀能力为极差。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。