本實用新型涉及水力物理學試驗領域，尤其是用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置。

背景技術：

目前，險工險段、涉河工程所在河段河床質(zhì)泥沙和基巖的抗沖刷流速是河道管理部門和水利工程師重點關注的水力學問題，在洪水期高速水流和河道復雜邊界條件的共同作用下，河道主槽和邊坡易產(chǎn)生渦漩和不利淘刷，將會對河床質(zhì)土壤、泥沙和基巖產(chǎn)生不利沖刷，影響涉河工程和河道邊坡的安全穩(wěn)定性。針對不同河床質(zhì)土壤、泥沙和基巖，如何實現(xiàn)準確、快速和便捷的量測各種河床覆蓋層巖土的抗沖刷特性和流速，是科研人員需要解決的重要水力學問題。

由于巖土樣品水力學特性的復雜性，各研究單位建立的用于巖土抗沖特性試驗的試驗裝置各有特色，但往往具有以下不足之處：(1)試驗裝置產(chǎn)生的高速水流常具有明顯的水躍和較高的摻氣量，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的高速水流；(2)巖土樣品的放置常會引起試驗過流斷面減小，巖土樣品周邊會產(chǎn)生不穩(wěn)定渦漩和繞流，由于巖土樣品出露于水體長度和方式的不一致性，影響巖土樣品抗沖特性的觀測和測量；(3)用于巖土抗沖特性試驗的試驗裝置需要針對河床質(zhì)土壤、泥沙和基巖等多種材料，試驗裝置產(chǎn)生的沖刷流速和試驗水深覆蓋范圍有限；(4)試驗裝置通常未設置泥沙沉淀過濾池，被沖刷的巖土樣品的顆粒對試驗裝置的水循環(huán)系統(tǒng)和水體會產(chǎn)生一定污染，影響抗沖刷流速試驗觀測和測量。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置，旨在解決現(xiàn)有技術中，試驗裝置的高速水流具有明顯的水躍和較高的摻氣量，導致難以實現(xiàn)穩(wěn)定的高速水流的問題。

本實用新型是這樣實現(xiàn)的，用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置，包括內(nèi)部具有供水流流動的流道的試驗水槽以及往所述流道內(nèi)供水的供水蓄水池；沿所述流道內(nèi)的水流方向，所述流道包括依序連接布置的加速段、過渡段和試驗段，所述加速段的寬度逐漸縮小，所述過渡段的寬度成等寬布置，所述試驗段內(nèi)設有放置巖土樣品的放置結(jié)構(gòu)。

進一步地，所述供水蓄水池位于所述試驗水槽的上方。

進一步地，所述過渡段的寬度與所述加速段的末端的寬度呈等寬布置。

進一步地，所述流道包括蓄水段，沿所述流道內(nèi)的水流方向，所述蓄水段連接在所述加速段的后方，所述供水蓄水池通過供水管與所述蓄水段連通。

進一步地，所述加速段的一側(cè)成直線狀布置，另一側(cè)成弧線狀布置。

進一步地，所述流道包括緩速段，沿所述流道的水流方向，所述緩速段連接在所述試驗段的前方，所述緩速段的寬度逐漸增大。

進一步地，沿所述流道的水流方向，所述緩速段的前方設有過濾池，所述過濾池與所述緩速段之間設有升降閘門，且所述過濾池中設有過濾網(wǎng)。

進一步地，沿所述流道的水流方向，所述過濾池的前方設有溢流池，所述溢流池與所述過濾池之間設有溢流堰。

進一步地，所述用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置包括回收蓄水池，所述回收蓄水池通過回水管與所述溢流池連通，且所述回收蓄水池內(nèi)設有水泵，所述水泵通過上水管連通所述供水蓄水池。

進一步地，所述放置結(jié)構(gòu)為形成在所述試驗段底部的凹槽。

與現(xiàn)有技術相比，由于加速段的寬度逐漸縮小，所以，通過加速段的水流流速不斷增加，從加速段出來的水流可以形成高速水流，由于高速水流具有明顯的水躍和較高的摻氣量，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的高速水流，因此，設置過渡段進行過渡，過渡段的寬度呈等寬布置，高速水流經(jīng)過渡段過渡之后，形成平穩(wěn)的高速水流，然后以平穩(wěn)的高速水流對試驗段的巖土樣品進行沖刷，進而研究巖土樣品的抗沖特性。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置的俯視示意圖；

圖2是本實用新型提供的用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置的主視示意圖。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

以下結(jié)合具體實施例對本實用新型的實現(xiàn)進行詳細的描述。

參照圖1和圖2所示，為本實用新型提供較佳實施例。

本實用新型提供的用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置可以運用在巖土抗沖刷高速水力學試驗技術領域，也可以是運用在其他的水力物理學技術上，并不僅限于其中一種。

用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置，包括試驗水槽11以及供水蓄水池13，試驗水槽11內(nèi)部具有供水流流動的流道，供水蓄水池13用于往流道內(nèi)供水的；沿流道內(nèi)的水流方向，流道包括依序連接布置的加速段、過渡段和試驗段，加速段的寬度逐漸縮小，過渡段的寬度成等寬布置，試驗段內(nèi)設有放置巖土樣品的放置結(jié)構(gòu)。

具體地，在進行巖土抗沖特性試驗時，通過供水蓄水池13往試驗水槽11中的流道供水，水流依次通過加速段、過渡段和試驗段，由于加速段的寬度逐漸縮小，所以，通過加速段的水流流速不斷增加，從加速段出來的水流就形成了高速水流，由于高速水流具有明顯的水躍和較高的摻氣量，難以實現(xiàn)穩(wěn)定的高速水流，因此，設置過渡段進行過渡，過渡段的寬度呈等寬布置，高速水流經(jīng)過渡段過渡之后，形成平穩(wěn)的高速水流，然后以平穩(wěn)的高速水流對試驗段的巖土樣品進行沖刷，進而研究巖土樣品的抗沖特性。

通過在流道內(nèi)設置不同的流道段，對試驗水流進行加速形成高速水流之后，經(jīng)過渡段過渡調(diào)直之后減少水躍和摻氣量，形成穩(wěn)定的高速水流之后再對巖土樣品進行沖刷，進而研究巖土樣品的抗沖特性。

供水蓄水池13位于試驗水槽11的上方，在進行沖刷實驗時，由于水的重力作用，供水蓄水池13中的水可以自發(fā)地流入試驗水槽11的流道內(nèi)，不需要額外借助水流的動力推動原件，而且，處在試驗水槽11上方的水由于具有一定的勢能，水流向下流入試驗水槽11時，勢能轉(zhuǎn)化成動能，可以使得水流具有一定的流速，然后以這種流速進入加速段進行加速。

將過渡段的寬度與加速段的末端的寬度等寬布置，這樣可以使得經(jīng)加速段加速后形成的高速水流仍然以高速進入試驗段，從而實現(xiàn)對巖土樣品的高速水流沖刷。

流道包括蓄水段，沿流道內(nèi)的水流方向，蓄水段連接在加速段的后方，供水蓄水池13通過供水管與蓄水段連通，供水蓄水池13中的水經(jīng)供水管的導流先進入蓄水段中暫存，通過控制蓄水段中的水量可以控制進入到試驗段進行沖刷試驗的水量，從而實現(xiàn)不同水量對相同巖土樣品的沖刷，有利于試驗對比分析。

加速段的一側(cè)成直線狀布置，另一側(cè)成弧線狀布置，形成漸變收縮的圓弧形結(jié)構(gòu)，試驗水流在漸變收縮圓弧結(jié)構(gòu)的加速段的導流作用下，水流寬度逐漸縮窄，水流流速不斷增加，使得經(jīng)加速段加速后的水流可以形成高速水流。

流道包括緩速段，沿流道的水流方向，緩速段連接在試驗段的前方，緩速段的寬度逐漸增大，從試驗段流出的高速水流再經(jīng)緩速段緩沖減速，避免因水流流速過高致使水流濺出水樣水槽之外，也可以避免因水流流速過高，水流持續(xù)拍打試驗水槽壁造成試驗水槽11損壞。

在完成對試驗段巖土樣品的沖刷之后，水體中會夾雜巖土樣品顆粒，水流流入緩速段，流經(jīng)緩速段的水流中自然也會夾雜有巖土樣品顆粒，由于夾雜有巖土樣品顆粒的水既不便于回收，也不便于重復利用，因此，沿流道的水流方向，在緩速段的前方設有過濾池113，在過濾池113中設有過濾網(wǎng)，過濾網(wǎng)可以對水流中的巖土樣品顆粒進行初步過濾，經(jīng)過初步過濾的水再通過過濾池113進一步沉淀凈化，可以基本實現(xiàn)試驗水的凈化和過濾。

在過濾池113與緩速段之間設有升降閘門112，升降閘門112可以調(diào)節(jié)試驗水槽11中的水位，可以將多余的水量排出試驗水槽11進入到過濾池113中進行過濾操作，通過調(diào)節(jié)升降閘門112的高度，控制試驗水槽11的水深，可以按照試驗需要，保證試驗水槽11的不同的水位高度。

沿流道的水流方向，在過濾池113的前方設有溢流池114，溢流池114與過濾池113之間設有溢流堰115，當過濾池113中的水位上升到溢流堰115的高度時，過濾池113中的水會通過溢流堰115溢流到溢流池114中儲存，由于經(jīng)過過濾池113的過濾后，流入溢流池114中的水都是可以再次利用的干凈水，所以，溢流池114中的水可以回收，也可以再利用。

用于巖土抗沖特性試驗的高速水流試驗裝置還包括回收蓄水池12，回收蓄水池12通過回水管122與溢流池114連通，而且，在回收蓄水池12內(nèi)設有水泵124，水泵124通過上水管121連通供水蓄水池13，從溢流池114中溢流出來的水經(jīng)回水管122流入回收蓄水池12中，避免水資源的浪費，節(jié)省水資源；在回收蓄水池12內(nèi)設有水泵124，將回收蓄水池12中的水用水泵124經(jīng)上水管121運送至供水蓄水池13中，從而實現(xiàn)試驗水的循環(huán)利用。

一般地，將回收蓄水池12設置在溢流池114的下方，這樣，在重力的作用下，溢流池114中溢流出來的水直接經(jīng)回水管122進入回收蓄水池12中，這樣就不用額外設置水流的動力推動原件，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，且可以達到簡化裝置的目的。

放置結(jié)構(gòu)為形成在試驗段底部的凹槽111，在進行沖刷試驗時，試驗水流經(jīng)加速段加速后形成高速水流，高速水流再經(jīng)過緩沖段調(diào)整過渡后，高速水流不會產(chǎn)生明顯的水躍和較高的摻氣量，進而實現(xiàn)穩(wěn)定的高速水流，高速水流保持平穩(wěn)的流速實現(xiàn)對試驗段底部凹槽111內(nèi)的巖土樣品沖刷，通過觀察凹槽111內(nèi)巖土樣品的經(jīng)水流沖刷的情況，進而研究觀測巖土樣品的抗沖刷特性。

巖土樣品放置區(qū)設置在試驗段的底部，巖土樣品頂部與試驗段的底板齊平，巖土樣品不會減小沖刷試驗過流斷面面積，可避免巖土樣品周邊產(chǎn)生不穩(wěn)定漩渦和繞流，確保樣品出露于沖刷試驗水體的一致性，保證巖土樣品抗沖刷流速試驗成果觀測和測量的統(tǒng)一性；此外，巖土樣品凹槽111區(qū)上端開口為矩形，豎直截面為梯形斷面，沖刷試驗時，梯形凹槽111的底部空間大，頂部小，可根據(jù)巖土樣品的多少，在梯形凹槽111內(nèi)的底部預先填充木塊體，以調(diào)整巖土樣品放置區(qū)矩形凹槽111大小，使得巖土樣品頂部與試驗段的底板齊平。

供水蓄水池13與回收蓄水池12之間形成有高度差，通過將回收蓄水池12中的水移送到供水蓄水池13中，使得供水蓄水池13中的水具有一定的勢能，而供水蓄水池13設置在試驗水槽11的上方，沖刷時，供水蓄水池13中的水由勢能轉(zhuǎn)化為動能，從供水蓄水池13中流入試驗水槽11的流道中進行沖刷試驗，這樣就不用額外設置水流的動力推動器，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

供水蓄水池13通過多根連通水管132與試驗水槽11連通，多根連通水管132可以平行布置，也可以不平行布置，設置多根連通水管132可以滿足大流量的水流從供水蓄水池13中進入試驗水槽11的流道中，可以節(jié)省試驗時間，也有利于實現(xiàn)不同的流速對巖土樣品進行沖刷試驗。

多根連通水管132上均設有控制閥門133，進行沖刷試驗時，打開控制閥門133，使得供水蓄水池13中的水進入到試驗水槽11的流道中，通過開關控制閥門133來控制整個巖土抗沖特性試驗的進行。在每一根連通水管132上都設置有控制閥門133，通過控制每根連通水管132上的控制閥門133來控制打開連通水管132，如果試驗需要水流流速比較大，就打開多根連通水管132的控制閥門133，讓多根連通水管132同時向試驗水槽11供水，如果需要水流流速比較小，就打開一個控制閥門133即可，可以便于調(diào)節(jié)供水的水流速度。

在供水蓄水池13的側(cè)壁設有溢流缺口131，溢流缺口131通過溢流水管123與回收蓄水池12連通，沖刷試驗時，供水蓄水池13中的多余水量通過溢流缺口131回流至回收蓄水池12，從而節(jié)省水資源，實現(xiàn)試驗水的循環(huán)利用。

試驗水槽11設置為透明玻璃水槽，具體是采用透明無色的有機玻璃制成，既可以保證試驗水槽11具有良好的透視性和較高的強度，也便于試驗人員隨時觀測沖刷試驗的情況。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。