一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法技术

本发明专利技术提供一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，包括以下步骤：步骤10)在模型箱中制备实际堤岸的缩尺土工模型；步骤20)在缩尺土工模型中产生流动的水流；步骤30)对缩尺土工模型进行离心试验，获取缩尺土工模型的变化图像。本发明专利技术提供的一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，可真实模拟水流冲刷堤岸，且占地小。且占地小。且占地小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法


[0001]本专利技术属于土力学试验
，具体来说，涉及一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法。

技术介绍

[0002]因水流冲刷导致的岸坡、堤防等崩塌是一种典型的地质灾害，尤其是在洪水期间。世界各大河流岸坡均出现过崩岸现象，其危害主要包括：威胁大堤的安全、威胁岸边建筑物及农田的安全、产生大量河道泥沙、造成河床横向演变、对航运造成影响等等。
[0003]河流崩岸是河道水流与河岸土体相互作用的结果，崩岸机理比较复杂，既属于河床演变学中的河岸横向演变过程，又是土力学中的岸坡稳定问题，是一个跨学科的前沿研究课题。目前，对于岸坡冲刷问题的物理模型试验研究主要采用水槽冲蚀试验，但是水槽试验中的河道岸坡缩尺模型的自重应力与实际不相似，得到的试验结果也会与现实有偏差。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对上述不足，提供一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，可真实模拟水流冲刷堤岸，且占地小。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0006]本专利技术实施例提供一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，包括以下步骤：
[0007]步骤10)在模型箱中制备实际堤岸的缩尺土工模型；
[0008]步骤20)在缩尺土工模型中产生流动的水流；
[0009]步骤30)对缩尺土工模型进行离心试验，获取缩尺土工模型的变化图像。
[0010]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤10)具体包括：
[0011]采集实际堤岸的土样，剔除杂质后在模型箱的内壁制作缩尺堤岸，缩尺堤岸沿模型箱的周向布设，且布满一周；然后向模型箱中加入水，使得水位达到预设位置。
[0012]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述模型箱呈圆筒状。
[0013]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述模型箱的直径小于1m；向模型箱中加入水的体积小于0.3m3。
[0014]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤20)中，水流为环形水流。
[0015]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述模型箱的底部设有搅拌器，所述步骤20)中，搅拌器转动，使得缩尺土工模型中的水流流动。
[0016]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤20)还包括，调控搅拌器的转速，从而调节缩尺土工模型中的水流速度。
[0017]作为本专利技术实施例的进一步改进，根据搅拌器和模型箱中的缩尺土工模型，获取搅拌器转速和模型箱中的水流流速之间的对应关系，根据所述对应关系，调控搅拌器的转速，从而获取工况所需的水流速度。
[0018]作为本专利技术实施例的进一步改进，所述步骤30)中，在模型箱的上方设置相机，利用相机拍摄模型箱内的缩尺土工模型的变化图像。
[0019]作为本专利技术实施例的进一步改进，还包括：基于PIV技术分析缩尺土工模型的变化图像，得到堤岸受到水流冲刷的崩解过程，并结合水流流速分布，获得缩尺土工模型的水流冲刷信息。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，在超重力环境中可实际模拟原型堤岸，在超重力环境中可根据试验需求实际模拟水流流速，继而可得到接近于真实水流冲刷堤岸的试验效果；且采用圆型模型箱，边界约束影响较小，占地小。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例方法中的结构示意图；
[0023]图3为图2的A
‑
A断面图。
[0024]图中：1模型箱、2缩尺堤岸、3水位、4搅拌器、5高速摄像机。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术的技术方案进行详细的说明。
[0026]本专利技术实施例提供一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0027]步骤10)在模型箱中制备实际堤岸的缩尺土工模型。
[0028]步骤20)在缩尺土工模型中产生流动的水流。
[0029]步骤30)对缩尺土工模型进行离心试验，获取缩尺土工模型的变化图像。
[0030]上述实施例的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，在超重力环境中可实际模拟原型堤岸，在超重力环境中可根据试验需求实际模拟水流流速，继而可得到接近于真实水流冲刷堤岸的试验效果；且采用圆型模型箱，边界约束影响较小，占地小。
[0031]其中，作为优选例，步骤10)具体包括：
[0032]采集实际堤岸的土样，剔除杂质后在模型箱1的内壁制作缩尺堤岸2，缩尺堤岸2沿模型箱1的周向布设，且布满一周。然后向模型箱1中加入水，使得模型箱中的水位3达到预设位置。其中，预设位置根据缩尺堤岸2尺寸确定。制作缩尺堤岸时，根据实际堤岸的坡度、弯道地形、土体天然密度、含水率等，依照土工离心模型试验相似律制作缩尺堤岸。制备后的缩尺土工模型如图2和图3所示。
[0033]本优选实施例中，沿模型箱1的内壁周向布设一周缩尺堤岸2，水流在模型箱1内流动，循环冲击一圈缩尺堤岸，可减少缩尺堤岸的长度，减小占地面积。
[0034]优选的，本实施例方法使用的模型箱1呈圆筒状。圆筒状的模型箱，箱内无边角，水流稳定后能较快达到平衡状态。圆筒状的模型箱中产生环形水流，绕模型箱内壁一圈设置的缩尺堤岸形成环形堤岸，环形堤岸不断受环形水流冲刷，可以模拟实际场景。本优选实施例中的模型箱的直径小于1m，向模型箱中加入水的体积小于0.3m3，可利用小模型模拟实际
场景，占地小，所需水量少。
[0035]优选的，模型箱1的底部设有搅拌器4，步骤20)中，搅拌器4转动，使得缩尺土工模型中的水流流动。本优选实施例使用搅拌器4产生流动水流，结构简单，且可通过调节搅拌器的转速将水流速度调节到预设的流速。
[0036]进一步，根据搅拌器和模型箱中的缩尺土工模型，获取搅拌器转速和模型箱中的水流流速之间的对应关系，调控搅拌器的转速，从而调节缩尺土工模型中的水流速度。其中，搅拌器转速和模型箱中的水流流速之间的对应关系在进行模拟试验前获取。在相同的模型箱中制备相同大小的缩尺土工模型，改变搅拌器的转速，并测量不同转速下的水流流速，得到的转速和流速一一对应，从而得到搅拌器转速和模型箱中的水流流速之间的对应关系。
[0037]在模拟过程中，可根据研究堤岸的水流流速，从搅拌器转速和模型箱中的水流流速之间的对应关系中找到对应的搅拌器转速，将模型箱中的搅拌器的转速调节为查找出的搅拌器转速，搅拌器工作使得模型箱中的水流流速为研究堤岸的水流流速，从而可以模拟实际水流冲刷堤岸。
[0038]优选的，步骤30)中，在模型箱的上方设置相机，利用相机拍摄模型箱内的缩尺土工模型的变化图像。
[0039]作为优选例，本实施例的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法还包括：通过在水体中放入示踪粒子，利用相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤10)在模型箱中制备实际堤岸的缩尺土工模型；步骤20)在缩尺土工模型中产生流动的水流；步骤30)对缩尺土工模型进行离心试验，获取缩尺土工模型的变化图像。2.根据权利要求1所述的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，其特征在于，所述步骤10)具体包括：采集实际堤岸的土样，剔除杂质后在模型箱的内壁制作缩尺堤岸，缩尺堤岸沿模型箱的周向布设，且布满一周；然后向模型箱中加入水，使得水位达到预设位置。3.根据权利要求2所述的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，其特征在于，所述模型箱呈圆筒状。4.根据权利要求3所述的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，其特征在于，所述模型箱的直径小于1m；向模型箱中加入水的体积小于0.3m3。5.根据权利要求1所述的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤岸模拟方法，其特征在于，所述步骤20)中，水流为环形水流。6.根据权利要求1所述的基于土工离心模型试验的水流冲刷堤...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春儿，刘超，林显才，董华钢，李珍，何元瑭，吴加武，张德恩，曹昌浩，连长秋，邓远经，江丹强，杜静，王年香，徐光明，顾行文，任国峰，张洋，
申请(专利权)人：广东省航运规划设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：