一種泥沙群體沉速的測量方法及測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種泥沙群體沉速測量方法采用的測量裝置，屬于河工模型試驗領(lǐng)域，該裝置包括沉降筒、多個測壓設備和計算機三部分；沉降筒為垂直放置的任意截面形狀的柱狀容器，邊壁沿垂向均勻布置多個測壓孔，測壓孔的個數(shù)不少于3個；測壓設備垂直安裝在測壓孔中，并與邊壁密封，測壓設備的感壓元件的中心與測壓孔中心齊平；各測壓設備與計算機相連，在計算機的控制下同步測量壓強，并將測量結(jié)果實時傳回計算機進行分析和存儲。本方法通過測量壓強的變化過程計算出泥沙濃度的變化過程，進而計算出泥沙的群體沉降速度。本發(fā)明能實現(xiàn)自動、無干擾、準確地測量含沙水體中泥沙群體沉降速度。
【專利說明】一種泥沙群體沉速的測量方法及測量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于河工模型試驗領(lǐng)域，特別涉及對泥沙群體沉降速度的測量。
【背景技術(shù)】
[0002]在泥沙運動的基本理論研究和工程應用中，泥沙的群體沉速是重要的參數(shù)。對于單個圓球形顆粒，細顆粒的沉速可以用斯托克斯公式計算，粗顆粒的沉速可以用阻力公式計算，介于粗細顆粒之間的過渡區(qū)顆粒的沉速則需要試驗測量；如天然沙等形狀不規(guī)則顆粒的沉速也需通過試驗測定。傳統(tǒng)的單顆粒沉速試驗一般是在專門的沉降筒中每次投入一個顆粒，待其達到穩(wěn)定速度后記錄沉降距離和對應的時間，即可計算沉速，多次重復試驗，取各次試驗的統(tǒng)計平均作為此種沙樣的沉速。
[0003]在天然情況下和工程應用中，水流含有的泥沙均有一定的濃度，即泥沙顆粒會以群體的方式在水流中沉降和擴散，顆粒之間的運動也會相互影響，其沉速與單顆粒的沉速會有差異。特別是細顆粒泥沙的群體沉降，還可能發(fā)生絮凝，使泥沙群體沉速的研究更加復雜。
[0004]對于極細顆粒的泥沙，通常是將攪拌均勻、具有一定濃度的漿體盛入量筒中，觀測清、渾水交界面的下降速度作為此種泥沙在該濃度下的群體沉速，此類試驗經(jīng)常需要幾天的時間。對于一般的泥沙顆粒的群體沉速試驗，典型的方法是設計一個專門的沉降筒，在筒壁的不同高度設置取樣孔，將攪拌均勻、具有一定濃度的漿體盛入沉降中，在不同的時刻從各取樣孔抽取樣本，進行含沙濃度和級配的分析，根據(jù)含沙濃度隨時間的變化推求泥沙的群體沉速。此種方法工作量極大,且由于抽取樣本將降低沉降筒內(nèi)的液面高度,給數(shù)據(jù)分析增加了難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種泥沙群體沉降速度的測量方法及測量裝置，以實現(xiàn)自動、無干擾、準確地測量含沙水體中泥沙群體沉降速度。
[0006]本發(fā)明提出的一種泥沙群體沉速測量方法采用的測量裝置，其特征在于，該裝置包括沉降筒、多個測壓設備和計算機三部分；沉降筒為垂直放置的任意截面形狀的柱狀容器，邊壁沿垂向均勻布置多個測壓孔，測壓孔的個數(shù)不少于3個；測壓設備垂直安裝在測壓孔中，并與邊壁密封，測壓設備的感壓元件的中心與測壓孔中心齊平；各測壓設備與計算機相連，在計算機的控制下同步測量壓強，并將測量結(jié)果實時傳回計算機進行分析和存儲。
[0007]本發(fā)明還提出采用上述裝置的泥沙群體沉速測量方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]I)將待測沙漿盛入沉降筒，靜置沙漿待液面恢復平靜后，通過計算機開啟各測壓設備開始按設定的頻率同步測量渾水壓強，各測壓設備將實時測量的壓強傳回計算機；
[0009]2)根據(jù)各測壓設備測量的壓強計算沙漿在任意時刻t的平均含沙量:設測壓設備的個數(shù)為N，各測壓設備2及所在的水平面分別編號為η (η=1，2，...Ν)，水平面η距離沙漿液面的高差為Hn(n=l，2，…N)，測壓設備η在任意時刻t的壓強讀數(shù)為Pn(t) (n=l, 2，…N)，各測壓設備測量壓強的頻率為f= l/At，其中At為測壓時間間隔；根據(jù)靜水壓強的
定義，水平面η與液面之間的沙漿在任意時刻t的體積平均容重萬(O為:
【權(quán)利要求】
1.一種泥沙群體沉速測量方法采用的測量裝置，其特征在于，該裝置包括沉降筒、多個測壓設備和計算機三部分；沉降筒為垂直放置的任意截面形狀的柱狀容器，邊壁沿垂向均勻布置多個測壓孔，測壓孔的個數(shù)不少于3個；測壓設備垂直安裝在測壓孔中，并與邊壁密封，測壓設備的感壓元件的中心與測壓孔中心齊平；各測壓設備與計算機相連，在計算機的控制下同步測量壓強，并將測量結(jié)果實時傳回計算機進行分析和存儲。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述測壓設備為渾水壓強測量儀器。
3.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述柱狀容器，高度不小于lm，所述測壓孔的個數(shù)不少于3個。
4.一種采用如權(quán)利要求1所述測量裝置的泥沙群體沉速測量方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將待測沙漿盛入沉降筒，靜置沙漿待液面恢復平靜后，通過計算機開啟各測壓設備開始按設定的頻率同步測量渾水壓強，各測壓設備將實時測量的壓強傳回計算機； 2)根據(jù)各測壓設備測量的壓強計算沙漿在任意時刻t的平均含沙量:設測壓設備的個數(shù)為N，各測壓設備2及所在的水平面分別編號為η (n=l，2，...N)，水平面η距離沙漿液面的高差為Ηη(η=1, 2，…N)，測壓設備η在任意時刻t的壓強讀數(shù)為Pn(t) (n=l, 2，…N)，各測壓設備測量壓強的頻率為f = Ι/At，其中At為測壓時間間隔；根據(jù)靜水壓強的定義，水平面η與液面之間的沙漿在任意時刻t的體積平均容重萬(O為:
【文檔編號】G01N15/04GK103529237SQ201310499361
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】陳啟剛, 李文杰, 李丹勛, 鐘強, 王興奎 申請人:清華大學