устройство для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОПУСКАЕМОЙ НЕРАЗМЫВАЮЩЕЙ СКОРОСТИ ВОДНОГО ПОТОКА ДЛЯ ГРУНТА, включающее вертикальный цилиндрический сосуд с возбудителем вращения водного потока, измеритель мутности потока, прибор для измерения скорости потока и образец грунта, отличающееся тем, что оно снабжено вертикальным пустотелым цилиндром, коаксиально установленным в сосуде и образующим со стенками сосуда кольцевую полость, кольцевой горизонтальной плитой с водопропускными отверстиями, установленной в кольцевой полости и делящей ее на верхнюю рабочую и нижнюю наполнительную камеры, и подводящей и сливной трубами, размещенными в дне сосуда, а измеритель мутности потока выполнен в виде размещенных напротив друг друга излучателя и приемника модулированного света, один из которых установлен в цилиндре на его стенке, а другой на стенке сосуда с внешней его стороны, и соединенного с ними регистрирующего устройства, причем плита выполнена с радиальным пазом для установки образца грунта и снабжена сменным покрытием с шероховатостью.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прибор для измерения скорости потока выполнен в виде датчиков касательных напряжений, установленных на плите заподлицо с ее верхней поверхностью и протарированных в показаниях донных скоростей.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что прибор для измерения скорости потока выполнен в виде лазерных измерителей скоростей, установленных на стенках цилиндра и сосуда.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидротехнике, а именно к установлению величин допускаемой неразмывающей скорости течения водного потока для различных грунтов.

Известны различные устройства для определения величин допускаемых неразмывающих грунт скоростей водного потока, например известно устройство в виде прямолинейного лотка, в дне которого устанавливается испытуемый образец грунта [1] Недостатками этого устройства являются громоздкость, сложность, необходимость последовательного ступенчатого увеличения скорости потока, что приводит к длительности испытаний, а также необходимость оснащения лотка внешними устройствами: бассейном, насосом, трубопроводами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта, включающее вертикальный сосуд с возбудителем водного потока, на дне сосуда выполнен радиальный паз, в котором размещен образец грунта, и датчики скорости водного потока, расположенные радиально на дне сосуда [2]

Это устройство имеет недостаточную точность измерений, поскольку возможно нарушение гидравлической структуры потока в центральной зоне, датчики скоростей удалены от дна, отсутствует устройство для фиксации начала процесса размыва грунта. При наполнении сосуда водой возможно повреждение уже установленного образца грунта.

Целью изобретения является создание компактного устройства для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта, которое позволяет повысить точность измерений, корректность моделирования и расширить область применения прибора за счет возможности испытаний различных грунтов.

Для этого в устройстве для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта, включающем вертикальный цилиндрический сосуд с возбудителем вращения водного потока, измеритель мутности потока, прибор для измерения скорости потока и образец грунта, вертикальный цилиндрический сосуд снабжен вертикальным пустотелым цилиндром, коаксиально установленным в сосуде и образующим со стенками сосуда кольцевую полость, и кольцевой горизонтальной плитой с водопропускными отверстиями, установленной в кольцевой полости и делящей ее на верхнюю рабочую и нижнюю наполнительную камеры, и подводящей и сливной трубками, размещенными в дне сосуда; измеритель мутности потока выполнен в виде размещенных напротив друг друга излучателя и приемника модулированного света, один из которых установлен в цилиндре на его стенке, а другой на стенке сосуда, и соединенного с ними регистрирующего устройства, причем плита выполнена с радиальным пазом для установки образца грунта и снабжена сменными покрытиями с различной шероховатостью.

Прибор для измерения скорости потока может быть выполнен в виде датчиков касательных напряжений, установленных на плите заподлицо с ее верхней поверхностью и протарированных в показаниях донных скоростей.

Для измерения донных скоростей потока на стенках кольцевого сосуда могут быть установлены лазерные измерители скоростей водного потока, что позволяет повысить точность измерений и избежать нарушения гидравлической структуры потока, так как в поток не вводятся дополнительные помехи.

Коаксиальная установка дополнительного вертикального пустотелого цилиндра, образующего вместе с внешним кольцевую и центральную полости, создает кольцевое русло, что позволяет уменьшить вероятность возникновения центрального вертикального вихря, воронки и возмущений в потоке, чем предотвращает нарушение заданного режима. Кольцевое русло позволяет подвергать образец грунта одновременному воздействию разных скоростей, соответствующих различным радиусам.

Вертикальный пустотелый цилиндр служит и для установки в нем измерительных приборов, что по сравнению с прототипом существенно повышает точность измерений и удобство обслуживания приборов. Точность и достоверность измерений повышается еще и за счет того, что можно осуществлять контроль за каждым створом кольцевого русла, в прототипе такая возможность отсутствует. Использование датчиков касательных напряжений, установленных на плите заподлицо с ее верхней поверхностью и протарированных в показаниях донных скоростей водного потока, позволяет предотвратить нарушение гидравлической структуры потока в придонной зоне и определять размывающее воздействие потока на поверхность дна и соответственно на образец грунта, установленный в паз.

Наличие сменных покрытий с различной шероховатостью на кольцевой горизонтальной плите позволяет расширить область применения прибора при работе с различными грунтами за счет корректного моделирования реального дна и гидравлической структуры потока.

На стенках сосудов, вне рабочей камеры, на уровне ее дна и параллельно ему установлены излучатель и приемник модулированного света с регистрирующим устройством, что позволяет определять повышение мутности потока и с высокой точностью фиксировать начало отрыва частиц грунта (начало процесса размыва).

Выполнение на кольцевой горизонтальной плите водопропускных отверстий и в дне камеры наполнения подводящей трубы позволяет обеспечить через камеру наполнения плавное наполнение водой рабочей камеры, что исключает преждевременное повреждение грунта и чем устраняется отмеченный недостаток прототипа, где наполнение происходит сверху.

Таким образом, предложенное устройство для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта повышает точность измерений, корректность моделирования, удобство при использовании и расширяет область применения.

На фиг. 1 изображено предложенное устройство, общий вид; на фиг. 2 то же, вид в плане.

Устройство для определения допускаемой неразмывающей скорости водного потока для грунта состоит из вертикального кольцевого сосуда 1 и вертикального пустотелого цилиндра 2. Кольцевой сосуд (кольцевая полость) 1 образован наружными 3 и внутренними 4 цилиндрическими стенками, выполненными из прозрачного материала. Устройство содержит возбудитель вращения водного потока 5.

Кольцевой сосуд 1 выполнен двухкамерным, состоящим из камеры наполнения 6 и рабочей камеры 7, разделенных кольцевой горизонтальной плитой 8 с имеющимися в ней водопропускными отверстиями 9, в дне плиты 8 выполнен паз 10, в который вставлена кассета 11 с образцом грунта 12, поверхность которого выполнена заподлицо с дном плиты 8. В плите 8 радиально установлены ряд датчиков касательных напряжений 13, протарированных в показаниях скоростей водного потока. Датчики 13 соединены с преобразователем 14 и регистрирующим устройством 15. На стенках 3, 4 кольцевого сосуда 1, вне рабочей камеры 7, установлен излучатель 16 с генератором 17 и приемник модулированного света 18, соединенный с усилителем 19 и регистратором 20. В дне камеры наполнения 6 установлена подводящая и сливная труба 22, на стенках 3, 4 кольцевого сосуда могут быть установлены лазерные измерители (на чертеже не показаны), закрепленные на стенках цилиндрического сосуда.

Устройство работает следующим образом.

В паз 10, находящийся в плите 8, устанавливают кассету 11 с образцом грунта 12. Через трубу 22 камеры наполнения 6 и водопропускные отверстия 9 плиты 8 подают воду в рабочую камеру 7 кольцевого сосуда 1 и наполняют ее до контакта с возбудителем вращения водного потока 5. Мутность и температуру воды выбирают в соответствии с натурными условиями или с условиями эксперимента.

Возбудителем вращения водного потока 5 приводят воду во вращательное движение, постепенно увеличивают скорость и наблюдают за грунтом 12 визуально, а за мутностью потока с помощью модулированного светового излучения, испускаемого излучателем 16, 17 и принимаемого преобразователем 14 с регистрирующим устройством 15.

При повышении мутности потока и образования зоны размыва грунта 12, 12" фиксируют скорость потока воды датчиками касательных напряжений 13 и лазерными измерителями (на чертеже не показаны).

Эта скорость является граничной размывающей скоростью, меньшие скорости являются неразмывающими для данного грунта 12. Если поверхность грунта 12 имеет значительную шероховатость, на плиту 8 устанавливают сменные покрытия с соответствующей шероховатостью.

Таким образом, предложенное устройство компактно и позволяет повысить точность измерений, корректность моделирования, расширить область применения прибора по сравнению с прототипом.