本發(fā)明屬于泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究領(lǐng)域，對(duì)推移質(zhì)水槽實(shí)驗(yàn)方法做出了改進(jìn)，具體涉及一種快速鋪平水槽床沙的裝置與方法。

背景技術(shù)：

水槽實(shí)驗(yàn)是泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究的重要基礎(chǔ)手段，在謝爾茲曲線、推移質(zhì)輸沙率等許多經(jīng)典成果的建立過(guò)程中，都發(fā)揮了不可替代的作用。

在利用水槽實(shí)驗(yàn)進(jìn)行泥沙運(yùn)動(dòng)力學(xué)研究時(shí)，往往需要以平整床面為實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)。在早期的研究中，鋪平床面大都利用平板手工刮制，由于早期的水槽尺寸一般較小，操作較為簡(jiǎn)單且鋪平精度也容易保證。然而隨著學(xué)科的發(fā)展，新的課題不斷涌現(xiàn)，對(duì)水槽尺寸規(guī)格的要求也不斷提高。尤其是進(jìn)行涉河工程泥沙問(wèn)題研究時(shí)，需要加入工程模型，為避免水槽邊壁效應(yīng)的影響，就要求水槽具有足夠的寬度。在大寬度水槽中進(jìn)行床沙整平，原有方法的操作難度大大增加，導(dǎo)致費(fèi)時(shí)費(fèi)力，更重要的是鋪平精度極難保證。具體而言存在如下困難，如果以淺水水面為基準(zhǔn)利用平板刮平，由于平板尺寸增大，很難控制其在刮平過(guò)程中不發(fā)生傾斜，而輕微的傾斜就會(huì)造成水中局部床面的嚴(yán)重破壞，造成大量重復(fù)工作；如果在無(wú)水條件下進(jìn)行鋪平，則無(wú)法控制床面高度，且床沙孔隙的存在會(huì)導(dǎo)致加水后發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)一步影響床面平整度。

鑒于以上原因，床沙鋪平操作對(duì)實(shí)驗(yàn)可靠性具有重要影響，有時(shí)甚至成為實(shí)驗(yàn)成敗的決定因素。很多研究者都有因床沙鋪平效果不好而重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷，這給研究者的工作和本學(xué)科的進(jìn)展帶來(lái)諸多不便。以上困難的存在，對(duì)床沙鋪平裝置和方法的改進(jìn)提出了要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了解決上述現(xiàn)存的困難，提高推移質(zhì)水槽實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鋪平床沙的精度和效率，以利于優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種快速鋪平水槽床沙的裝置，包括鋪沙板組件、鋪沙導(dǎo)軌和測(cè)車，

所述鋪沙導(dǎo)軌緊貼水槽邊壁內(nèi)側(cè)設(shè)置。

所述測(cè)車放置于水槽邊壁上方測(cè)車導(dǎo)軌上；

所述鋪沙板組件包括鋪沙平板、導(dǎo)向輪、密封導(dǎo)沙軟套、加筋橫桿、轉(zhuǎn)接桿、鋪沙臂和固定橫桿，所述鋪沙平板垂直于水槽邊壁橫放在鋪沙導(dǎo)軌和床沙上，所述導(dǎo)向輪安裝在鋪沙平板的兩端，所述密封導(dǎo)沙軟套安裝于鋪沙平板端部與水槽邊壁之間，所述加筋橫桿、轉(zhuǎn)接桿、鋪沙臂和固定橫桿依次連接于鋪沙平板頂部與測(cè)車之間。

具體地，所述鋪沙平板長(zhǎng)度l、鋪沙導(dǎo)軌厚度d與水槽有效寬度b的關(guān)系為：l=b-d/2，d取10mm，該式保證裝置運(yùn)行時(shí)，鋪沙平板不從鋪沙導(dǎo)軌上掉落。

具體地，所述鋪沙平板上方對(duì)稱設(shè)置導(dǎo)沙齒條，由雙向電機(jī)帶動(dòng)，與密封導(dǎo)沙軟套一起，用于調(diào)整鋪沙平板刮起的余沙在橫向的分布；鋪沙平板兩端安裝導(dǎo)向輪，便于鋪沙平板平順移動(dòng)；在貼緊水槽邊壁及鋪沙導(dǎo)軌的位置，所述密封導(dǎo)沙軟套的正常尺寸稍微超出玻璃邊壁，從而在安裝后可以利用擠壓實(shí)現(xiàn)密封作用，避免沙粒進(jìn)入空隙造成卡死，并且在壓緊后，密封導(dǎo)沙軟套的邊緣與水槽邊壁及鋪沙導(dǎo)軌上表面保持貼緊。

具體地，所述鋪沙導(dǎo)軌為矩形平板，其高度與床沙厚度相同，兩側(cè)鋪沙導(dǎo)軌頂部平行且高程相同。當(dāng)水槽鋪沙段較長(zhǎng)時(shí)，可用多塊矩形平板對(duì)接，并保證鋪沙導(dǎo)軌接縫頂部平整。

具體地，所述鋪沙臂為兩根平行桿件，鋪沙臂加固桿安裝于兩根平行桿件之間，以保證結(jié)構(gòu)的剛性；所述鋪沙臂與固定橫桿連接處設(shè)置槽形通孔，用螺栓加以固定，鋪沙臂可以繞螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)松動(dòng)螺栓可以調(diào)整鋪沙平板與鋪沙導(dǎo)軌頂部緊密貼合。

使用上述裝置快速鋪平水槽床沙的方法，是將床沙及鋪沙平板淹沒于水下，調(diào)整好各處部件后緩慢移動(dòng)測(cè)車，帶動(dòng)鋪沙平板在鋪沙導(dǎo)軌上滑動(dòng)，將床沙鋪平。

該方法具體包括以下步驟：

步驟1，對(duì)床沙進(jìn)行粗略鋪平后，緩慢加水淹沒床沙，震動(dòng)密實(shí)并排除床沙中的氣泡；

步驟2，移動(dòng)測(cè)車將鋪沙平板定位至鋪沙段的一端，調(diào)整各處結(jié)構(gòu)使鋪沙平板緊貼在鋪沙導(dǎo)軌上，緊固各連接件，在鋪沙平板運(yùn)動(dòng)方向一側(cè)的前緣散布一定量床沙，使其高出鋪沙導(dǎo)軌頂部；

步驟3，緩慢移動(dòng)測(cè)車，帶動(dòng)鋪沙平板將床沙鋪平。

在整個(gè)鋪平過(guò)程中，須始終保持鋪沙平板前緣床沙高于鋪沙導(dǎo)軌頂部高程，且鋪沙平板刮起的余沙不應(yīng)落在鋪沙平板的后方床面，必要時(shí)人工輔助。

有益效果：鋪沙精度大大提高，且在鋪沙平板及鋪沙導(dǎo)軌等標(biāo)準(zhǔn)件的作用下，鋪沙效果可重復(fù)性高，這為優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取奠定了基礎(chǔ)；并且裝置操作簡(jiǎn)單，相比常規(guī)的手動(dòng)鋪沙方法，節(jié)約時(shí)間一倍以上。

除了上面所述的本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題、構(gòu)成技術(shù)方案的技術(shù)特征以及由這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明的一種快速鋪平水槽床沙的裝置與方法所能解決的其他技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案中包含的其他技術(shù)特征以及這些技術(shù)特征帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，將結(jié)合附圖做出進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鋪沙裝置整體示意圖；

圖2是圖1的左視圖；

圖3是鋪沙板主要部件的俯視圖；

圖4是密閉導(dǎo)沙軟套的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4的a-a剖視圖；

圖6是圖4的b-b剖視圖；

其中：1床沙；21鋪沙平板，22密封導(dǎo)沙軟套，23加筋橫桿，24轉(zhuǎn)接桿，25固定角件，26固定螺栓，27導(dǎo)向輪，28導(dǎo)沙齒條，29雙向電機(jī)；31測(cè)車，32固定橫桿，33鋪沙臂，34鋪沙臂加固桿；41鋪沙導(dǎo)軌，42鋪沙導(dǎo)軌接縫，43測(cè)車導(dǎo)軌，44測(cè)車輪，45水槽邊壁。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例

本實(shí)施例的快速鋪平水槽床沙的裝置如圖1和圖2所示，主要由鋪沙板組件、鋪沙導(dǎo)軌41和測(cè)車31組件組成；鋪沙板組件主體為鋪沙平板21，垂直于水槽邊壁45橫放在鋪沙導(dǎo)軌41和床沙1上，兩端安裝導(dǎo)向輪27，端部與水槽邊壁45之間的空隙用密封導(dǎo)沙軟套22包住，上部安裝兩根加筋橫桿23，保證鋪沙平板21的剛性和平整度，并通過(guò)轉(zhuǎn)接桿24、鋪沙臂33和固定橫桿32與測(cè)車31連接；測(cè)車31放置于水槽邊壁45上方測(cè)車導(dǎo)軌43上；鋪沙導(dǎo)軌41緊貼水槽邊壁45內(nèi)側(cè)設(shè)置。使用裝置鋪平床沙1時(shí)，將床沙1及鋪沙平板21淹沒于水下，調(diào)整好各處部件后緩慢移動(dòng)測(cè)車31，帶動(dòng)鋪沙平板21在鋪沙導(dǎo)軌41上滑動(dòng)，從而將床沙1鋪平。

如圖3-圖6所示，鋪沙平板21長(zhǎng)度l、鋪沙導(dǎo)軌41厚度d與水槽有效寬度b的關(guān)系為：l=b-d+δ，δ為一較小的尺寸，該式保證裝置運(yùn)行時(shí)，鋪沙平板21不從鋪沙導(dǎo)軌41上掉落；鋪沙平板21上方對(duì)稱設(shè)置導(dǎo)沙齒條28，由雙向電機(jī)29帶動(dòng)，與密封導(dǎo)沙軟套22一起，用于調(diào)整鋪沙平板21刮起的余沙在橫向的分布；鋪沙平板21兩端安裝導(dǎo)向輪27，便于鋪沙平板21平順移動(dòng)；在貼緊水槽邊壁45及鋪沙導(dǎo)軌41的位置，密封導(dǎo)沙軟套22的正常尺寸稍微超出玻璃邊壁，從而在安裝后可以利用擠壓實(shí)現(xiàn)密封作用，避免沙粒進(jìn)入空隙造成卡死，并且在壓緊后，密封導(dǎo)沙軟套22的邊緣與水槽邊壁45及鋪沙導(dǎo)軌41上表面保持貼緊。

鋪沙導(dǎo)軌41為矩形平板，其高度與床沙1厚度相同，兩側(cè)鋪沙導(dǎo)軌41頂部平行且高程相同；當(dāng)水槽鋪沙段較長(zhǎng)時(shí)，可用多塊矩形平板對(duì)接，并保證鋪沙導(dǎo)軌接縫42頂部平整。

鋪沙臂33為兩根平行的桿件，二者之間設(shè)置鋪沙臂加固件34進(jìn)行加固，以保證結(jié)構(gòu)的剛性；鋪沙臂33與固定橫桿32連接處設(shè)置槽形通孔，用螺栓加以固定，鋪沙臂33可以繞螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)，且通過(guò)松動(dòng)螺栓可以調(diào)整鋪沙平板21與鋪沙導(dǎo)軌41頂部緊密貼合。

使用裝置鋪平床沙1須在水下進(jìn)行，具體操作步驟如下：

①對(duì)床沙1進(jìn)行粗略鋪平后，緩慢加水淹沒床沙1，震動(dòng)密實(shí)并排除床沙1中的氣泡；

②移動(dòng)測(cè)車31將鋪沙平板21定位至鋪沙段的一端，調(diào)整各處結(jié)構(gòu)使鋪沙平板21緊貼在鋪沙導(dǎo)軌41上，緊固各連接件，在鋪沙平板21運(yùn)動(dòng)方向一側(cè)的前緣散布一定量床沙1，使其高出鋪沙導(dǎo)軌41頂部；

③緩慢移動(dòng)測(cè)車31，帶動(dòng)鋪沙平板21將床沙1鋪平；

④在整個(gè)鋪平過(guò)程中，須始終保持鋪沙平板21前緣床沙1高于鋪沙導(dǎo)軌41頂部高程，且鋪沙平板21刮起的余沙不應(yīng)落在鋪沙平板21的后方床面；必要時(shí)可人工輔助。

為檢驗(yàn)本發(fā)明的效果，在寬度為1.2m的玻璃水槽內(nèi)進(jìn)行了鋪沙效果試驗(yàn)。鋪沙段長(zhǎng)度為6m，位于水槽中部，床沙為粒徑均勻的白色石英砂，粒徑為0.74mm，鋪沙厚度為15cm。在使用本專利裝置進(jìn)行鋪沙之前，都是利用平板手動(dòng)刮平，完成一次鋪沙大約需要6個(gè)小時(shí)，雖然期間可以加水觀察后進(jìn)行微調(diào)，但微調(diào)的力度難于把控，最終在加水之后還是可以明顯看出床面平整度很差，高程的極差可以達(dá)到厘米級(jí)。

在同樣的條件下，利用本發(fā)明的裝置進(jìn)行鋪沙，一次即可完成鋪沙作業(yè)，所需時(shí)間（含準(zhǔn)備時(shí)間）約為2.5小時(shí)，鋪沙時(shí)間大大縮短，更重要的是鋪沙的精度大為提高。為定量描述本專利的鋪沙精度，在48cm×40cm的范圍內(nèi)以4cm×4cm劃分網(wǎng)格，利用同一測(cè)車上的聲學(xué)多普勒測(cè)速儀進(jìn)行距離測(cè)量，共測(cè)143點(diǎn)，如表1所示。分析可知，測(cè)距數(shù)值的均值為20.83cm，極差為0.25cm（20.95-20.70），均方差為0.056，對(duì)應(yīng)方差為0.003。

由以上檢驗(yàn)及分析可見，本專利裝置的鋪沙平整度非常高，且比手動(dòng)鋪沙方法節(jié)約一倍以上的時(shí)間。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。