一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统

1.本发明属于港口航道及近海工程海岸工程技术领域的物理模型试验技术领域，尤其涉及一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统。


背景技术：

2.采用“海油陆采”的开发模式对滩浅海油气资源进行开发，是一种经济、快捷、有效的途径，即先在海上修筑人工岛和连接人工岛与陆地的进海路，然后在人工岛上开采海底油气资源，而实体式进海路对周邻环境影响较大，因此通过研究得到一种安全、经济、适用且符合相关标准要求的透空式进海路新形式，对油田的稳产增产具有十分重要的意义。
3.由于现场实验实施过程中投入大、效率低，且偶然因素的存在会影响到实验的测试和数据的收集。为了解决工程中所遇到了问题，人们展开了物理模型实验研究。物理模型概念是根据水流和泥沙运动的力学规律，按照相似理论，制作与原理几何相似的实体模型，以动态与动力相似为准则，试验研究河流、湖泊、河口、以及海岸的水流、波浪、泥沙运动和河床演变规律，此过程成为实体模拟，所制作并据以进行试验的相似模型叫做实体模型，俗称物理模型。
4.物理模型试验是研究透空式进海路周围海岸地貌形态演变的重要手段，通过选取合适的比尺，可以复演出原型海岸中的物理规律。其中波浪和地形是重要的研究因素。
5.目前存在的问题是：1、泥沙试验采用的模型沙为粉砂且地形铺设长度跨度较大，粉砂吸水性和粘结性较大，下一个工况开始前地形抹平困难，试验时取样测试无法获取水槽内不同区域的测试数据；2、地形纵剖面动态观测高速摄像装置只能拍摄水槽壁处的波浪、地形变化，无法拍摄监测岸滩地貌特征演变情况。
6.以上问题，测得的模型数据与原型数据差异很大，极不准确。


技术实现要素：

7.本发明的目的是克服上述已有技术存在的不足，而提供一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统。
8.本发明提供的技术方案是：一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统，其特殊之处在于，包括试验水槽、地形、工字钢轨道、u型钢梁、管桩桥涵式进海路、波高测量仪固定与调节装置、流速仪固定与调节装置、piv固定与调节装置、波浪和地形纵剖面动态观测高速摄像装置、多功能移动平台装置、多波束声呐装置；所述的试验水槽内设有用来固定地形的水槽挡板；所述的试验水槽上部垂直相连u型钢梁，所述的u型钢梁下方固定连接工字钢轨道，工字钢轨道上设多功能移动平台装置和多波束声呐装置，二者均能沿工字钢轨道滑动；所述的管桩桥涵式进海路由管桩、承台和桥面组成；所述的管桩上设承台，承台上设桥面；所述的波高测量仪固定与调节装置由调平螺丝、支架、第一粗套杆、第一控制螺
丝、第一细套杆、波高测量仪、夹环、控制螺栓组成；所述的调平螺丝安装在支架预留螺纹孔内，对支架进行水平调整；所述的第一粗套杆垂直安装于支架下端；所述的第一细套杆内套于第一粗套杆，第一细套杆在第一粗套杆内伸缩；所述的第一粗套杆下端安装有第一控制螺丝，控制第一细套杆的伸缩位置；所述的夹环由两个半圆的圆弧片组成，安装在第一细套杆下端的侧面，且端头留有螺栓孔；所述的波高测量仪安装在夹环中间；所述的控制螺栓安装在夹环的端头预留螺栓孔内，通过松紧控制螺栓对波高测量仪进行固定；所述的流速仪固定与控制装置由流速仪、定位螺丝、支撑杆、套环、第二粗套杆，第二控制螺丝、第二细套杆、套管、固定螺丝组成；所述的支撑杆横跨架立于u型钢梁上并固接，支撑杆上设多个套环，套环沿支撑杆水平移动，并由定位螺丝控制位置，每一个套环与第二粗套杆顶端固接形成整体；第二粗套杆下端设有第二控制螺丝，第二控制螺丝控制第二细套杆的伸缩；第二粗套杆与一对第二细套杆固接于一起形成整体，内套于第二粗套杆内；所述的套管与第二细套杆底端固定连接，套管管身设有多个固定螺丝；所述的流速仪安装在套管管身内，通过控制固定螺丝对流速仪进行固定；所述的piv固定与调节装置由固定板、piv、镜子、高速摄像机、piv数据收集及处理设备组成；所述的piv固定在固定板上，所述的镜子倾斜固定连接在固定板上，piv发射激光束到倾斜的镜子上，反射一面垂直试验水槽底部穿透水体，高速摄像机拍摄形成纵剖面的流场；piv数据处理及处理设备放在试验水槽外控制台上，通过数据线与高速摄像机连接，用来对采集的数据进行处理和输出显示；所述的波浪和地形纵剖面动态观测高速摄像装置包括高速摄像机和高速摄像机数据收集及处理设备；所述的高速摄像机数据收集及处理设备通过数据线连接高速摄像机，用来对采集的数据进行处理和输出显示；所述的多功能移动平台装置、多波束声呐装置由移动平台或多波束声呐、竖向杆、t型连接件、单轨电车组成，所述的单轨电车由遥控器控制，沿工字钢轨道纵向滑动，所述的单轨电车下方设置一竖向杆，竖向杆上有与t型连接件直径相匹配的孔，竖向杆下方设置一可拆卸移动平台或多波束声呐，t型连接件插入在竖向杆的连接孔中，配合竖向杆上下调节移动平台或多波束声呐的垂直高度。
9.优选地，所述的支架由2个水平横向长杆件、2个斜向杆件和1个水平短杆件固接构成的架立结构，2个水平横向长杆件两端均留有螺纹孔，横跨架立于试验水槽1两壁顶端。
10.本发明的有益效果，1、通过波高测量仪和流速仪可对水槽内的波高和流速进行测量；2、通过piv装置可对地形附近流场的监测；3、通过高速摄像装置可监测水槽边壁波浪和地形动态演变；4、通过多波束声呐可监测地形表面地貌特征演变情况，弥补了高速摄像装置只能监测水槽边壁处地形变化的缺陷；5、测量人员通过移动平台装置可对水槽内的泥沙进行任意位置的抹平和取样；6、高速摄像装置监测的水槽边壁地形变化可以和多波束声呐扫描的水槽边壁地形变化相互验证；7、此模拟系统适合在水槽试验中使用，测得的试验数据精准可用。
附图说明
11.图1是本发明的波浪和地形剖面动态观测高速摄像装置结构示意图；图2是本发明的试验水槽内多波束声呐装置纵向断面结构示意图；
图3是本发明的试验水槽内移动平台装置纵向断面示意图；图4是本发明的波高测量仪固定与调节装置结构示意图；图5是本发明的流速仪仪固定与调节装置结构示意图图6是本发明的流速仪仪固定位置结构示意图；图7是本发明的piv固定与调节装置结构示意图；图8是u型钢梁和工字钢轨道结合处结构三维示意图。
12.图中：1试验水槽，2地形，3工字钢轨道，4竖向杆，5多波束声呐，6多功能移动平台，7单轨电车，8水槽挡板，9t型连接件，10管桩，11桥面，12u型钢梁，13螺丝杆，14垫板，15螺母，16固定板，17piv，18吊环螺栓，19镜子，20激光束，21高速摄像机，22三脚架，23镜头，24调平螺丝，25支架，26第一粗套杆，27第一控制螺丝，28第一细套杆，29波高测量仪，30夹环，31控制螺栓，32定位螺丝，33支撑杆，34套环，35套管，36固定螺丝，37流速仪，38第二粗套杆，39第二控制螺丝，40第二细套杆，41承台，42高速摄像机数据收集及处理设备，43 piv数据收集及处理设备。
具体实施方式
13.为了更好地理解与实施，下面结合附图详细说明本发明。
14.在下面的描述中，以试验水槽水平放置时的状态作为描述对象，其中，以试验水槽平行于画面的方向为“纵向”，以垂直于画面的方向为“横向”，“上”、“下”均是基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
15.如图1-8所示，一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统，包括试验水槽1、地形2、工字钢轨道3、u型钢梁12、管桩桥涵式进海路、波高测量仪固定与调节装置、流速仪固定与调节装置、piv固定与调节装置、波浪和地形纵剖面动态观测高速摄像装置、多功能移动平台装置、多波束声呐装置；在试验水槽1内铺设地形2，在试验水槽1内设有用来固定地形2的水槽挡板8；将u型钢梁12垂直相连在试验水槽1上部，再将工字钢轨道3固定连接在u型钢梁12下方，工字钢轨道3上安装多功能移动平台装置或多波束声呐装置，二者均可沿工字钢轨道3滑动；管桩桥涵式进海路由管桩10、承台41和桥面11组成，管桩10上安装承台41，在承台41上铺设桥面11；波高测量仪固定与调节装置由调平螺丝24、支架25、第一粗套杆26、第一控制螺丝27、第一细套杆28、波高测量仪29、夹环30、控制螺栓31组成；支架25由2个水平横向长杆件、2个斜向杆件和1个水平短杆件固接构成的架立结构，2个水平横向长杆件两端均留有螺纹孔，横跨架立于试验水槽1两壁顶端；将调平螺丝24安装在支架25预留螺纹孔内，对支架25进行水平调整；第一粗套杆26垂直安装于支架25下端；第一细套杆28内套于第一粗套杆26，细套杆28在第一粗套杆26内伸缩；在第一粗套杆26下端安装有第一控制螺丝27，控制第一细套杆28的伸缩位置；夹环30由两个半圆的圆弧片组成，安装在第一细套杆28下端的侧面，且端头留有螺栓孔；波高测量仪29安装在夹环30中间；控制螺栓31安装在夹环30的端头预留螺栓孔内，通过松紧控制螺栓31对波高测量仪29进行固定；流速仪固定与控制装置由流速仪37、定位螺丝32、支撑杆33、套环34、第二粗套杆
38，第二控制螺丝39、第二细套杆40、套管35、固定螺丝36组成；将支撑杆33横跨架立于u型钢梁12上并固接，支撑杆33上安装多个套环34，套环34沿支撑杆33水平移动，并由定位螺丝32控制位置，每一个套环34与第二粗套杆38顶端固接形成整体；第二粗套杆38下端设有第二控制螺丝39，第二控制螺丝39控制第二细套杆40的伸缩；第二粗套杆38与一对第二细套杆40固接于一起形成整体，内套于第二粗套杆38内；将套管35与第二细套杆40底端固定连接，套管35管身有多个固定螺丝36，将流速仪37安装在套管35管身内，通过控制固定螺丝36对流速仪37进行固定；piv固定与调节装置由螺丝杆13、垫板14、螺母15、固定板16、piv 17、吊环螺栓18、镜子19，高速摄像机21、三脚架22、镜头23、piv数据收集及处理设备43组成；在固定板16上预留有螺丝杆13和吊环螺栓18的螺纹孔，piv 17通过螺丝杆13和螺母15固定在固定板16上的垫板14；镜子19倾斜固定连接在固定板16上，piv 17发射激光束20到倾斜的镜子19上，反射一面垂直试验水槽1底部穿透水体，高速摄像机21拍摄激光束20透过水体形成的流场；高速摄像机21安装在三脚架22上，前端安装镜头23；piv数据处理及处理设备43放在试验水槽1外控制台上，通过数据线与高速摄像机21连接，用来对采集的数据进行处理和输出显示；波浪和地形纵剖面动态观测高速摄像装置包括高速摄像机21和高速摄像机数据收集及处理设备42；将高速摄像机数据收集及处理设备42通过数据线连接高速摄像机21，用来对采集的数据进行处理和输出显示；多功能移动平台装置由移动平台6、竖向杆4、t型连接件9、单轨电车7组成，单轨电车7由遥控器控制移动，单轨电车7的车轮沿工字钢轨道3滑动；当竖向杆4下方安装多功能移动平台6时，测量人员站在下方的移动平台6上可以抹平地形、取样；单轨电车7下方设置一竖向杆4，竖向杆4上有与t型连接件9直径相匹配的孔，竖向杆4下方设置一可拆卸移动平台6，t型连接件9插入在竖向杆4的连接孔中，配合竖向杆4上下调节移动平台的垂直高度；多波束声呐装置由多波束声呐5、竖向杆4、t型连接件9、单轨电车7组成，单轨电车7由遥控器控制移动，单轨电车7的车轮沿工字钢轨道3滑动；当竖向杆下方安装多波束声呐装置时，测量人员使用遥控器控制单轨电车7带动多波束声呐扫描地形2地貌特征，单轨电车7下方设置一竖向杆4，竖向杆4上有与t型连接件9直径相匹配的孔，竖向杆4下方设置一可拆卸的多波束声呐5，t型连接件9插入在竖向杆4的连接孔中，配合竖向杆4上下调节多波束声呐的垂直高度。
16.本发明的一种用于试验水槽内管桩桥涵式进海路模拟测量系统，通过波高测量仪和流速仪可实现对试验水槽内任意位置处的波高和流速进行测量；通过piv装置可实现对地形坡脚处流场的监测；通过高速摄像机拍摄可实现在像素点时间序列监测水槽1玻璃边壁地形动态演变及波浪历时变化；通过多波束声呐在工字钢轨道上的移动扫描，从而可显示试验水槽内地形表面地貌特征演变情况；测量人员通过移动平台装置上的移动可实现对试验水槽内的泥沙进行任意位置的抹平和取样；高速摄像装置拍摄的波高历时变化可以与波高测量仪相互验证，拍摄的玻璃壁处地形动态演变可与多波束声呐扫描的玻璃壁处的地形演变情况相互验证；适合在试验水槽试验中使用，通过该模拟测量系统测得的试验数据精准可用。
17.至此，本领域技术人员应认识到，尽管上面结合附图对本发明专利的实施方式进行了描述，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确
定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。