一种泥沙群体沉速的测量方法及测量装置

摘要

本发明涉及一种泥沙群体沉速测量方法采用的测量装置，属于河工模型试验领域，该装置包括沉降筒、多个测压设备和计算机三部分；沉降筒为垂直放置的任意截面形状的柱状容器，边壁沿垂向均匀布置多个测压孔，测压孔的个数不少于3个；测压设备垂直安装在测压孔中，并与边壁密封，测压设备的感压元件的中心与测压孔中心齐平；各测压设备与计算机相连，在计算机的控制下同步测量压强，并将测量结果实时传回计算机进行分析和存储。本方法通过测量压强的变化过程计算出泥沙浓度的变化过程，进而计算出泥沙的群体沉降速度。本发明能实现自动、无干扰、准确地测量含沙水体中泥沙群体沉降速度。

主权项

一种泥沙群体沉速测量方法，其特征在于，该方法采用的测量装置包括沉降筒、多个测压设备和计算机三部分；沉降筒为垂直放置的任意截面形状的柱状容器，边壁沿垂向均匀布置多个测压孔；测压设备垂直安装在测压孔中，并与边壁密封，测压设备的感压元件的中心与测压孔中心齐平；各测压设备与计算机相连；该方法包括以下步骤：1)将待测沙浆盛入沉降筒，静置沙浆待液面恢复平静后，通过计算机开启各测压设备开始按设定的频率同步测量浑水压强，各测压设备将实时测量的压强传回计算机；2)根据各测压设备测量的压强计算沙浆在任意时刻t的平均含沙量：设测压设备的个数为N，各测压设备(2)及所在的水平面分别编号为n，n＝1,2,…N,水平面n距离沙浆液面的高差为H_n，n＝1,2,…N，测压设备n在任意时刻t的压强读数为P_n(t)，n＝1,2,…N，各测压设备测量压强的频率为f＝1/Δt，其中Δt为测压时间间隔；根据静水压强的定义，水平面n与液面之间的沙浆在任意时刻t的体积平均容重为：$\overline{{\gamma }_n}\left(t\right)=\frac{P_n\left(t\right)}{H_n},(n=1,2,...N)---\left(1\right)$根据质量含沙量的定义，水平面n与液面之间的沙浆的平均含沙量与体积平均容重之间满足如下关系：$\overline{S_n}\left(t\right)={\gamma }_s\frac{\overline{{\gamma }_n}\left(t\right)-\gamma }{{\gamma }_s-\gamma },(n=1,2,...N)---\left(2\right)$式中γ_s为待测泥沙的干容重，γ为水的容重；3)根据式(2)求得所有水平面与液面之间的沙浆的平均含沙量，得到水平面n与水平面n‑1之间的沙浆在时刻t的平均含沙量为：$\overline{S_{n-1,n}}\left(t\right)=\frac{H_n\overline{S_n}\left(t\right)-H_{n-1}\overline{S_{n-1}}\left(t\right)}{H_n-H_{n-1}},(n=1,2,...N)---\left(3\right)$将取为与液面高差为(H_n+H_n‑1)/2的平面处的含沙量，插值得到水平面n处的含沙量S_n(t)；$S_n\left(t\right)=\frac{\overline{S_{n-1,n}}\left(t\right)+\overline{S_{n,n+1}}\left(t\right)}{2},(n=1,2,...N)---\left(4\right)$4)根据输沙率的定义，时刻t‑Δt至t+Δt之间通过水平面n的泥沙量除以沉降筒截面面积A及时间即为输沙率g_n(t)，计算如下：$g_n\left(t\right)=\frac{\left(\overline{S_n}\right(t+\Delta t)-\overline{S_n}(t-\Delta t\left)\right)H_{n}A}{2A\Delta t},(n=1,2,...N)---\left(5\right)$将g_n(t)取为水平面n在时刻t的瞬时输沙率；5)根据式(4)和式(5)得到任意时刻t距液面高差为H_n处的泥沙的群体沉降速度ω_n(t)为：${\omega }_n\left(t\right)=\frac{g_n\left(t\right)}{S_n\left(t\right)},(n=1,2,...N)---\left(6\right).$