[发明专利]一种模拟波浪的模型试验装置及试验方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种模拟波浪的模型试验装置，属于土木工程领域。

背景技术

水库在运营期间大坝处于开放的自然环境中，长期受到波浪荷载的冲击作用，使得筑坝材料物理力学性质随运营时间的增加而发生衰减，严重影响坝体的安全运营，属于水利工程中的一个重大技术问题，目前引起了工程界的足够重视，因此，研究波浪荷载作用下筑坝材料强度衰减规律对于坝体的坍塌预测防护具有重要的现实意义。

试验研究对于自然科学的重要性是众所周知的，其中，现场原位测试得出的结果比较符合实际情况，然而水库坝体等挡水建筑物波浪响应的现场原位测试较难进行，因此，室内模拟试验是一种切实可行的手段。如何产生波浪是室内试验首先考虑的问题，目前大多数模拟波浪的试验中使用造波机，但造波机价格昂贵，不经济，且同一时间只能模拟一种工况，效率较低，因此，研发一种经济且高效的波浪模型试验装置较为可行。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种模拟波浪的模型试验装置及试验方法。

本发明采用的技术方案如下:

一种模拟波浪的模型试验装置,包括模型槽，在所述模型槽内的一端设有坡坝，相对的另一端设有消能坡，且在模型槽内沿水流动的方向设有用于测量波浪频率与幅度的波浪测量仪、用于测量波浪流速的波速测量仪和用于产生波浪的造波片，所述的造波片位于波速测量仪和波浪测量仪的后端，且造波片在驱动装置的驱动下转动，通过造波片的转动拨动模型槽内的水产生波浪。

进一步的，所述的驱动装置包括一个电机，所述的电机驱动一个主动齿轮通过一个传动链条驱动一个从动齿轮，所述的从动齿轮的输出轴上与其同轴安装夹片，所述的夹片通过连接装置连接造波片。

进一步的，所述的传动链条的内侧安装有调距齿轮。

进一步的，通过更换所述的主动齿轮的大小来改变波浪的频率。

进一步的，通过调整造波片的长短能改变波浪的幅度。

进一步，通过所述的调距齿轮来调节因更换主动齿轮产生的传动链条的松紧。

进一步的，所述的模型槽使用有机玻璃制成或使用混凝土浇筑而成，内部装有水，模型槽的尺寸大小及水面高低均根据实验设计方案而定，模型槽能并排的设置多个进行串联，且多个模型槽共用一个电机，同时进行不同工况试验。

进一步的，所述的低频电动机安装在模型槽外侧，通过传动装置为制造波浪提供动力。

进一步的，所述的传动链条、调距齿轮、主动齿轮、从动齿轮位于模型槽内侧，三个齿轮处于同一竖直平面上，通过传动链条联系在一起。

进一步的，所述的调距齿轮通过键固定在轴承上，所述的轴承通过键和螺帽固定在调距轴上。

进一步的，所述的调距轴穿过调距孔通过螺帽固定在模型槽侧壁上，所述的螺帽在模型槽侧壁内外两侧各有一个，内侧的螺帽位于调距齿轮和模型槽侧壁之间，用于固定调距轴。

进一步的，所述的调距孔宽度应略大于调距轴直径，长度根据模型槽尺寸而定。

进一步的，所述的主动齿轮和从动齿轮通过键分别固定在两个传动轴上并用螺帽加以固定，防止其沿传动轴移动。

进一步的，所述的轴承固定在模型槽侧壁上。

进一步的，所述的造波片材质为硬质塑料或钢板，可以根据实验要求伸长或缩短，其宽度应小于模型槽宽度，其长度应根据模型槽深度和传动轴高度位置而定。

进一步的，所述的片夹为钢材制成，焊接在传动轴上。

进一步的，所述的螺母用于将造波片固定在片夹上。

进一步的，所述的波浪测量仪与波速测量仪位于模型槽的内部，与坝坡间隔一定的距离。

进一步的，所述的坝坡与消能坡分别位于模型槽的两端，坝坡的尺寸根据试验设计而定，其内部根据试验方案埋设有相应的监测仪器，消能坡的材质应与模型槽材质相同。

上述装置的试验方法如下：

(1)根据试验方案确定的工况类型确定串联模型槽及模型部件的个数与种类，主动齿轮与从动齿轮的直径应根据波浪频率确定；

(2)将加工好的各个部件安装在所述的模型槽内；

(3)按照相似比确定坝体的坡度与高度，然后在模型槽内填筑坝体，并在坝体内部埋设相应的监测仪器；

(4)向模型槽内注水，水位高低按设计要求而定，注水时应避免水流直接冲刷坝坡；

(5)检查模型部件是否安装正确，如果正确，则转到步骤(6)；