一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱的制作方法

1.本实用新型涉及库岸试验设备技术领域，尤其涉及一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱。


背景技术：

2.水库是我国水利工程的重要组成部分，其在防洪、灌溉、饮水、调水、航运等方面发挥着极其重要的作用。水库在运营过程中，周期性蓄水排水导致了库水位长期反复大幅涨落变动，库水位周期性涨落的特殊区域即为库岸消落带。库水位周期性涨落形成的库岸消落带岩体受应力和环境条件周期性变化的影响，其物理力学性质显著劣化，库区大量的地质灾害隐患与库岸消落带岩体劣化紧密相关。
3.受波浪、水位和降雨等因素影响，库岸岩体病害频发，成灾机理复杂、对当地居民的生产、生活造成了一定影响，甚至威胁航道的安全运营。如三峡库区航运量巨大，且每日船只通航频率频繁，当船只驶过时，对水库两岸可造成涌浪，船只涌浪周而复始地对库岸岩体冲刷、侵蚀，这将显著加速消落带岩体的劣化。目前，库岸岩体劣化的研究主要针对降雨和库水位升降展开，但少有人考虑船只涌浪对库岸岩体的侵蚀影响。因此，有必要研发一种模拟船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化的试验装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，为了研究船只涌浪对库岸岩体的侵蚀对消落带岩体劣化的影响，本实用新型的实施例提供了一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱。
5.本实用新型的实施例提供一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱，包括试验箱体、岸坡模型和船只模型；
6.所述试验箱体两端及顶部呈开口设置，所述试验箱体的前后两侧均为透明玻璃，所述试验箱体一端连接进水箱以供水流流入、另一端连接出水箱以供水流流出；
7.所述岸坡模型设置所述试验箱体内，且所述岸坡模型两侧分别与所述试验箱体两侧贴合，所述岸坡模型的中部为沟谷，所述沟谷的两侧均为坡面，所述坡面上设有通过相似材料砌筑而成的劣化区；
8.所述船只模型包括滑板、电动滚轮支架、电机、传动组件和涡轮，其中所述滑板沿着所述试验箱体长度方向设置于所述试验箱体的上方，所述电动滚轮支架安装于所述滑板上且可沿着所述滑板运动，所述电机安装于所述电动滚轮支架上，所述涡轮设置于所述试验箱体内，所述电机的输出轴通过所述传动组件连接所述涡轮以驱动所述涡轮转动，所述电动滚轮支架沿着所述滑板运动以带动所述涡轮在所述沟谷内运动。
9.进一步地，所述试验箱体的两端上部均设有沿着宽度方向布置的滑动槽，所述滑板的两端底部均设有滑块，两所述滑块分别嵌设于两所述滑动槽内且可滑动。
10.进一步地，所述传动组件包括第一齿轮组、传动轴和第二齿轮组，所述第一齿轮组与所述第二齿轮组均包括相互啮合的两锥齿轮，所述电机输出轴延伸至所述滑板的一侧并
连接所述第一齿轮组，所述传动轴竖直设置，所述传动轴上端连接所述第一齿轮组、下端延伸至所述试验箱体内并连接所述第二齿轮组，所述第二齿轮组连接所述涡轮。
11.进一步地，所述传动轴为液压伸缩轴，所述传动轴伸缩以改变所述涡轮的入水深度。
12.进一步地，所述涡轮包括罩壳、设置于所述罩壳内的中心锥齿轮、以及多个涡轮叶片，各所述涡轮叶片环绕所述罩壳外围设置，其中每一所述涡轮叶片连接一连接轴，所述连接轴贯穿所述罩壳并连接一转动锥齿轮，各所述转动锥齿轮均与所述中心锥齿轮啮合，所述中心锥齿轮的轮轴连接罩壳一端。
13.进一步地，所述出水箱设有出水管，所述出水管上设有水泵。
14.进一步地，所述坡面上设有多道裂缝。
15.进一步地，所述岸坡模型的坡面设有多条倾斜设置的相似材料预制条。
16.本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
17.1、本实用新型的一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱，通过试验箱体及其内部的岸坡模型来模拟库岸、涡轮构建的船只模型来模拟船只，进而模拟船只在水库中行驶，以造成涌浪、涌浪对岸坡模型的坡面进行冲刷、侵蚀，可开展库岸消落带岩体在船只涌浪作用下的疲劳试验，分析船只涌浪作用下消落带岩体劣化规律与失稳机理，研究船只航行时产生的涌浪对库岸消落带岩体的影响。
18.2、本实用新型的一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱，通过电动滚轮支架运动速度模拟船只行驶速度，通过调节涡轮至岸坡模型坡面距离模拟船只至水库岸坡的距离，通过传动杆伸缩调节涡轮的高度来模拟船只的排水量，通过调节涡轮的涡轮叶片来模拟不同的波浪形态，能有效的获取库岸消落带岩体的变形特点，进而揭示船只涌浪作用下消落带岩体劣化规律与失稳机理。
附图说明
19.图1是本实用新型一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱的示意图；
20.图2是本实用新型一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱的剖视图；
21.图3是岸坡模型一侧的示意图；
22.图4是逆向岸坡模型一侧的示意图；
23.图5是船只模型的示意图；
24.图6是涡轮的示意图。
25.图中：1-试验箱体、2-岸坡模型、3-船只模型、4-进水箱、5-出水箱、6
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劣化区、7-钢制框架、8-侧板、9-滑动槽、10-出水管、11-水泵、12-滑板、13
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滑块、14-电动滚轮支架、15-电机、16-第一齿轮组、17-传动轴、18-第二齿轮组、19-中心转轴、20-涡轮叶片、21-罩壳、22-中心锥齿轮、23-连接轴、24
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转动锥齿轮、25-中心锥齿轮轮轴、26-石板、27-裂缝、28-预制条。
具体实施方式
26.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的较优的一
个，旨在提供对本实用新型的基本了解，但并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
27.在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
28.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
30.在本实用新型的描述中,需要说明的是,本实用新型中涉及到电路和电子元器件以及模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本实用新型保护的内容也不涉及对于内部结构和方法的改进。
31.进一步需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接；可以是机械连接,也可以是电连接；可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.请参考图1和2，本实用新型的实施例提供了一种船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱，包括试验箱体1、岸坡模型2、船只模型3、进水箱4和出水箱5。
33.所述试验箱体1两端开口设置，一端的开口供水流流入、另一端的开口供水流流出。如图1所示，所述试验箱体1包括钢制框架7、底板和两侧板8，其中所述钢制框架7近似为长方体，所述底板安装于所述钢制框架7的底面，两所述侧板8分别安装于所述钢制框架7的前后侧面，两所述侧板8与所述底板之间连接处做密封处理。优选的，所述侧板8为透明的钢化玻璃，便于透过所述侧板8观察所述试验箱体1内部的试验情况。
34.所述岸坡模型2设置所述试验箱体1内，所述岸坡模型2用于模拟水库库岸。具体的，所述岸坡模型2两侧分别与所述试验箱体1两侧贴合，所述岸坡模型2的中部为沟谷，所述沟谷即为要模拟水库的流道，所述沟谷的两侧均为坡面。
35.如图3所示，所述岸坡模型2的坡面上设有通过相似材料砌筑而成的劣化区6。具体的，所述岸坡模型2由实际库岸的相似材料制成，如由石条或石板 26砌筑制成，一般可直接在所述试验箱体1内砌筑。并且所述岸坡模型2的坡面中部位于实际库岸的水位线高度附近通过实际库岸相似材料预制条或预制板砌筑形成所述劣化区，来模拟实际库岸中的消落带。
36.此外，所述坡面上设有多道裂缝27，所述裂缝27在所述岸坡模型2砌筑制成的过程中预留。如图4所示，所述岸坡模型2的坡面设有多条倾斜设置的相似材料预制条28，所述相似材料预制条28来模拟不同倾斜角度的岸坡。并且所述岸坡模型2可根据实际库岸的情况调整摆放来实现模拟顺向坡和逆向坡。
37.所述进水箱4和所述出水箱5分别与所述试验箱体1两端连接。如图1和2 所示，所述进水箱4和所述出水箱5均为长方体箱体，且分别设置于所述试验箱体1两端的延伸方向上，所述进水箱4和所述出水箱5靠近所述试验箱体1 的一端开口设置且与所述试验箱体1
一端的端口密封连接。
38.水经由所述进水箱4流入所述试验箱体1，由所述试验箱体1流出的水再经由所述出水箱5流出。为了消减试验时所述试验箱体1两端水流的边界效应，将所述进水箱4和出水箱5的流道截面设置为与所述试验箱体1内的流道截面相同。如将所述进水箱4和出水箱5的内表面设置为凹凸状，与所述岸坡模型2 的坡面近似相同，可有效的规避波浪反弹对试验的影响。
39.并且，所述出水箱5设有出水管10，所述出水管10上设有水泵11，通过所述水泵11抽吸所述试验箱体1内的水可以调节所述试验箱体1内水流速度，也就就是模拟不同的水流速度。
40.所述船只模型3用于模拟行驶于水库航道内的船只。具体的，所述船只模型3包括滑板12、电动滚轮支架14、电机15、传动组件和涡轮。
41.如图1、2和5所示，所述滑板12设置于所述试验箱体1的上方且分别与所述试验箱体1的两端上部滑动连接，所述试验箱体1的两端均设有沿着前后方向布置的滑动槽9，所述滑动槽9安装于所述钢制框架7上。所述滑板12的两端底部均设有滑块13，两所述滑块13下部分别嵌设于两所述滑动槽9内且可滑动，这样所述滑板12可以沿着所述试验箱体1前后方向进行滑动。
42.继续如图5所示，所述电动滚轮支架14安装于所述滑板12上，所述滑板 12上沿着其长度方向设有两导向槽，所述电动滚轮支架14的滚轮分别置于两所述导向槽内，使所述电动滚轮支架14仅仅可沿着所述两所述导向槽运动。
43.所述涡轮设置于所述试验箱体内，所述电机的输出轴通过所述传动组件连接所述涡轮以驱动所述涡轮转动。所述传动组件包括第一齿轮组、传动轴和第二齿轮组。所述电机15安装于所述电动滚轮支架14上，且所述电机15输出轴水平设置、延伸至所述滑板12的一侧并连接所述第一齿轮组16，所述传动轴 17竖直设置，所述传动轴17上端连接所述第一齿轮组16、下端延伸至所述试验箱体1内并连接所述第二齿轮组18，所述涡轮设置于所述试验箱体1内并连接所述第二齿轮组18。
44.所述第一齿轮组16和所述第二齿轮组18的作用均是改变力的作用方向，可以由多种选择。所述第一齿轮组16将绕水平轴转动转换为绕竖直轴转动，所述第二齿轮组18将绕竖直轴转动转换为绕水平轴转动。如本实施例中所述第一齿轮组16和所述第二齿轮组18均由相互啮合的两锥齿轮组成。
45.优选的，所述传动轴17为液压伸缩轴，所述液压伸缩轴可伸缩从而改变所述涡轮的入水深度，也就是调节所述船只模型的入水深度，入水深度越大说明船只排水量越大，入水深度越小说明船只排水量越小，进而可以模拟不同排水量的船只产生涌浪对库岸消落带岩体的影响。
46.如图5和6所示，所述涡轮包括罩壳21、设置于所述罩壳21内的中心锥齿轮22、以及多个涡轮叶片20，各所述涡轮叶片20环绕所述罩壳21外围设置，其中每一所述涡轮叶片20连接一连接轴23，所述连接轴23贯穿所述罩壳21并连接一转动锥齿轮24，各所述转动锥齿轮24均与所述中心锥齿轮22啮合，所述中心锥齿轮的轮轴25连接罩壳21一端。
47.在所述船舶模型3行驶时，所述电机15驱动所述第一齿轮组16转动，并经由所述传动轴17、所述第二齿轮组18传动至所述中心转轴19，使所述中心转轴19转动带动所述罩壳
21转动，进而使各所述涡轮叶片20绕水平轴转动，所述涡轮叶片20转动在水里形成冲刷所述岸坡模型2的坡面的涌浪。
48.并且，可通过转动所述中心锥齿轮轮轴25来带动所述转动锥齿轮24转动，使每一所述涡轮叶片20绕所述连接轴23转动，改变每一所述涡轮叶片20的旋转半径和倾斜角度，可以实现制造不同形态的波浪，模拟不同形态的波浪对库岸消落带岩体的影响。
49.基于上述船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱可开展库岸消落带岩体在船只涌浪作用下的疲劳试验，具体的如下：
50.s1、根据实际库岸采用相似材料在所述试验箱体1内制作岸坡模型2；
51.s2、持续由进水箱4对所述试验箱体1一端注水，水沿着岸坡模型2的坡面外侧流过并由所述试验箱体1的另一端的出水箱5流出。可以通过调节水泵 11的抽吸速度，来调节所述试验箱体1内水流速度，进而模拟水库航道内不同水流速度；
52.s3、在所述试验箱体1上方安装船只模型3，控制所述电动滚轮支架14沿着所述滑板12运动以带动所述涡轮顺着或逆着所述水流运动，来模拟船只在水里行驶。
53.在船只模型3行驶前：
54.可以通过推动所述滑板12沿着所述试验箱体1的两端滑动以改变所述涡轮至所述坡面的距离，以模拟船只距离岸坡的不同距离。
55.可以通过控制传动杆17伸缩调节涡轮的高度来模拟船只的排水量，以模拟不同排水量船只行驶。
56.可以通过调节所述中心锥齿轮22转动来调节涡轮叶片20的旋转半径和倾斜角度，进而在涡轮运动中模拟不同的波浪形态。
57.在船只模型行驶前：可以调节述电动滚轮支架14的运动速度，来模拟船只以不同速度行驶。
58.这样利用上述船只涌浪作用下库岸消落带岩体劣化试验箱开展库岸消落带岩体在船只涌浪作用下的疲劳试验，可有效的获取库岸消落带岩体的变形特点，进而揭示船只涌浪作用下消落带岩体劣化规律与失稳机理。