一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方法
【專利摘要】本發明涉及一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方法，屬于水利水電工程、工程水文學以及河流泥沙動力學技術領域。本發明內測桿上端與圓頂連接，內測桿下端與內測桿底連接，內測桿上分布有凹槽，內測桿裝入外鋼管中，外鋼管上部內壁設有凸槽，外鋼管中下部設有貫通切口；通過對內測桿刻度值的讀數采集以及分析，可以方便而精確的得到洪水對河床的掏刷深度以及洪水退去過程中泥沙對河床的淤積深度。本發明能在花費相對較低成本的情況下測量某次洪水對河流的掏刷情況，且數據觀測簡便，所得數據也比較精準。一方面，該裝置經過第一次整體安裝過后可以循環使用，為后續測量提供了方便；另一方面，該裝置能夠適應復雜河段的數據測量，具有較強的適應性。
【專利說明】
一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方法，屬于水利水電工程、工程水 文學以及河流泥沙動力學技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前還沒有一種有效的測量儀器用于測量河流沖淤的深度。在洪水過程中，水對 河床的沖刷程度以及洪水退去時對河床的回填淤積程度這個方面，目前還沒有有效的儀器 來對其進行測量。然而，在洪水過程中檢測河床被沖刷的最大深度和洪水退去過程中河床 被泥沙於回的最終厚度，對于研究河流變迀，泥沙搬運，以及河流泥沙動力學方面有十分重 要的作用。不過，對河流對洪水沖刷河床的沖刷最大深度測量，以及對洪水退去過程中又回 於河床的最終回於深度測量，大都停止在設想以及對該方法的討論層面上；目前還沒有一 種有效、精確且方便的手段來對沖淤深度進行測量。
[0003] 鑒于上述情況，本發明結合河流沖刷現象以及現有的河流泥沙研究，為了方便采 集河流中河床沖刷的情況數據，針對目前在該方面的研究儀器缺乏，以及該方面的沖淤數 據采集方法的不實用、不經濟、操作困難等技術問題而給出了此發明。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：本發明提供一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方 法，用于解決采集河流中河床沖刷數據研究儀器缺乏及該方面的沖淤數據采集方法的不實 用、不經濟、操作困難等技術問題。
[0005] 本發明技術方案是：一種河流沖淤深度檢測裝置及檢測方法，包括內測桿1、外鋼 管2、圓頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口8;
[0006] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，外鋼管2上部內壁設有凸槽6,外鋼管2中下部設有貫通切口 8,在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接觸。
[0007 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0008] 優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0009] 優選地，所述外鋼管2的上部是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管2的上部鋼管 內壁帶有與內測桿1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外鋼管2的中部為帶有貫通切口 8的圓形鋼 管，外鋼管2的下部是封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管10。
[0010] 優選地，所述內測桿1安裝在外鋼管2內，并且內測桿1能在外鋼管2內上下自由移 動。
[0011 ]優選地，所述內測桿底7為橢球型內測桿底。
[0012] -種河流沖淤深度檢測方法，所述方法的具體步驟如下：
[0013] Stepl、首先在河流的待測位置上，打深鉆孔，鉆孔深入河床下的巖層13內，然后在 該鉆孔上安裝外鋼管2;
[0014] Step2、向安裝好的外鋼管2內加入細沙3,并填滿埋入河床質及以下部分的外鋼管 2,之后，讓外鋼管2內的細沙3在河水的自然沖刷下，達到其平衡的位置；
[0015] Step3、在Step2完成過后，洪水來臨之前，將內測桿1放入裝有細沙3的外鋼管2內， 待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值yl，作為初始讀 數，具體情況如圖2中的a部分所示；
[0016]如圖2所示，河道的主要組成部分有:水11、河床質12、巖層13;圖中a、b、c、d這四個 部分分別代表洪水前后的幾個不同時期。a:洪水來臨之前，將內測桿1放入裝有細沙3的外 鋼管2內，待內測桿1穩定過后的狀態圖；b:洪水過程中，洪水對河床的最大掏刷深度，此時 內測桿1下降到最低位置; c:洪水過后，河床質12反淤河道后的狀態圖；d:讀完掏刷深度讀 數y2之后，將內測桿1從外鋼管2中拔出來，然后再次向外鋼管2內注入細沙3，之后將內測桿 1放入重新裝有細沙3的外鋼管2內，待內測桿1穩定過后的狀態圖。
[0017] Step4、在洪水過后，再次讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值， 作為掏刷深度讀數y2，具體情況如圖2中的c部分所示；
[0018] 根據初始讀數yl以及掏刷深度讀數y2便可以計算出本次洪水過程中，洪水對河床 的掏刷深度Ayl，其具體計算式為:Ayl= |yl_y2| ;
[0019] Step5、讀完掏刷深度讀數y2之后，將內測桿1從外鋼管2中拔出來，然后重復步驟 Step2,之后將內測桿1放入重新裝有細沙3的外鋼管2內，待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1 相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值y3,作為回於深度讀數，最后將內測桿1取出放好， 等待下一次洪水過程沖淤深度的檢測，具體情況如圖2中的d部分所示。
[0020] 根據掏刷深度讀數y2以及回於深度讀數y3便可以計算出本次洪水過程中，泥沙對 河床的齡積深度Ay2,其具體計算式為:Ay2= |y3-y2| ;
[0021 ] Step6、根據Step4得到的洪水對河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙對河 床的淤積深度Ay2算出洪水過程中河床的掏刷程度Ay，其具體計算公式為:Ay = Ayl-A y2，其中Ay的值可正可負，正值表示河床在該次洪水中遭到侵蝕，河床下降；負值表示河床 在該次洪水中遭到淤積，河床上升。
[0022]本發明的工作原理是：
[0023] A、沒有內測桿在外鋼管內時，外鋼管內細沙略高于河床高度，在水流的帶動下，高 出河床的河沙隨著水流被帶走，最終高度與河床基本持平。其示意圖如圖12所示。
[0024] B、插入內測桿后，內測桿在自重下達到平衡。洪水來臨，首先將外鋼管周圍的河床 沖刷下降，隨后流出一段高于河床的管內沙柱。該沙柱在測桿以及水流的掏刷作用下，產生 坍塌，從而使測桿在自重的作用下向下移動，并且暫時達到一個新的平衡。之后，洪水繼續 沖刷河床，管內繼續出現沙柱，然后被壓坍沖走，測桿下降。如此之后，達到最終的平衡。之 后洪水漸漸消退，從上游帶下來的懸移質和推移質等發生沉降堆積，將沖刷后的河床再次 回於，測桿被埋在外鋼管內。最終，洪水退去，河床表面出現新的平衡。其過程示意圖如圖13 和圖14所示。
[0025] 本發明的有益效果是：
[0026] 本發明能在花費相對較低成本的情況下測量某次洪水對河流的掏刷情況，且數據 觀測簡便，所得數據也比較精準。一方面，該裝置經過第一次整體安裝過后可以循環使用， 為后續測量提供了方便;另一方面，該裝置能夠適應復雜河段的數據測量，具有較強的適應 性。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明結構示意圖；
[0028] 圖2是本發明涉及洪水過程中對河床沖刷與淤積的示意圖；
[0029]圖3是本發明內測桿(1)的正視圖；
[0030]圖4是本發明內測桿(1)的A-A截面剖面圖；
[0031]圖5是本發明內測桿⑴的B-B截面剖面圖；
[0032]圖6是本發明外鋼管(2)的正視圖；
[0033]圖7是本發明外鋼管的C-C截面剖面圖；
[0034] 圖8是本發明外鋼管的D-D截面剖面圖；
[0035] 圖9是本發明外鋼管的E-E截面剖面圖；
[0036]圖10是本發明外鋼管2在各種作用力下的受力簡化示意圖；圖中H為外鋼管2的長 度，出為洪水深度，出為河床質12的厚度;H3為外鋼管2伸入巖層13中的長度;P3是洪水表面 的最大動水壓強，P2是洪水與河床質12接觸面上的動水壓強，上底P 3與下底P2共同構成了一 個呈現為梯形分布動的水壓強，P是整個梯形分布動的水壓強經過數學運算后得到的一個 集中動水壓力，該壓力就是洪水對外鋼管2的作用力。Pi是巖層13的巖體抗壓強度；
[0037]圖11是本發明外鋼管2的切口開口示意圖；此時外鋼管貫通切口 8切口角度為對稱 的90度切口；
[0038] 圖12是本發明外鋼管2內無內測桿1的情況下，管內的外鋼管貫通切口 8處細沙被 河水沖走不意圖；
[0039] 圖13是本發明河床自然高度處外鋼管2的內外泥沙情況圖。圖中向右的箭頭表示 水流方向。此圖所處狀態為洪水來臨之前，此時已經向外鋼管2中注入細沙3，并且將內測桿 放入了外鋼管2中達到了受力平衡的穩定狀態。河床質12的高度沒有發生改變，外鋼管2中 的細沙3沒有裸露到水11中，內測桿在豎直方向上沒有發生移動；
[0040] 圖14是本發明洪水過程中河床質12被洪水沖刷下降后，外鋼管2管內細沙3沙柱坍 塌導致內測桿1向下移動的示意圖。圖中向下的箭頭表示內測桿向下移動，向右的箭頭表示 水流方向。此圖所處狀態為洪水過程中，由于此時的洪水流速過大，與水11接觸的河床質12 不斷剝蝕沖走，從而導致了河床質12的高度下降，外鋼管2中的細沙3形成一小段沙柱裸露 在水11中。該沙柱在測桿自重以及水流掏刷的雙重作用下，在水11中產生坍塌并被水11帶 走，從而使測桿失穩，內測桿在豎直方向上發生移動；
[0041] 圖1-14中各標號：1_內測桿，2-外鋼管，3-細沙，4-圓頂，5-凹槽，6-凸槽，7-內測桿 底，8-貫通切口，9-尺寸刻度線，10-光滑內壁圓形鋼管，11 -水，12-河床質，13-巖層。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖和具體實施例，對本發明作進一步說明。
[0043]實施例1-5中的一種河流沖淤深度檢測裝置的檢測方法的具體步驟與實施例7中 的檢測方法相同。
[0044] 實施例1:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0045] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，外鋼管2上部內壁設有凸槽6,外鋼管2中下部設有貫通切口 8,在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接觸。
[0046] 實施例2:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0047] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，外鋼管2上部內壁設有凸槽6,外鋼管2中下部設有貫通切口 8,在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接觸。
[0048] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0049] 實施例3:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0050] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，外鋼管2上部內壁設有凸槽6,外鋼管2中下部設有貫通切口 8,在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接觸。
[0051 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0052]優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0053]實施例4:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0054]所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接 觸。
[0055 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0056]優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0057]優選地，所述外鋼管2的上部是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管2的上部鋼管 內壁帶有與內測桿1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外鋼管2的中部為帶有貫通切口 8的圓形鋼 管，外鋼管2的下部是封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管10。
[0058]實施例5:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0059]所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接 觸。
[0060 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0061]優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0062] 優選地，所述外鋼管2的上部是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管2的上部鋼管 內壁帶有與內測桿1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外鋼管2的中部為帶有貫通切口 8的圓形鋼 管，外鋼管2的下部是封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管10。
[0063] 優選地，所述內測桿1安裝在外鋼管2內，并且內測桿1能在外鋼管2內上下自由移 動。
[0064] 實施例6:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0065] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接 觸。
[0066 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0067]優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0068] 優選地，所述外鋼管2的上部是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管2的上部鋼管 內壁帶有與內測桿1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外鋼管2的中部為帶有貫通切口 8的圓形鋼 管，外鋼管2的下部是封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管10。
[0069] 優選地，所述內測桿1安裝在外鋼管2內，并且內測桿1能在外鋼管2內上下自由移 動。
[0070] 優選地，所述內測桿底7為橢球型內測桿底。
[0071 ] -種河流沖淤深度檢測方法，所述方法的具體步驟如下：
[0072] Stepl、首先在河流的待測位置上，打深鉆孔，鉆孔深入河床下的巖層13內，然后在 該鉆孔上安裝外鋼管2;
[0073] Step2、向安裝好的外鋼管2內加入細沙3,并填滿埋入河床質及以下部分的外鋼管 2,之后，讓外鋼管2內的細沙3在河水的自然沖刷下，達到其平衡的位置；
[0074] Step3、在Step2完成過后，洪水來臨之前，將內測桿1放入裝有細沙3的外鋼管2內， 待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值yl，作為初始讀 數，具體情況如圖2中的a部分所示；
[0075] Step4、在洪水過后，再次讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值， 作為掏刷深度讀數y2，具體情況如圖2中的c部分所示；
[0076]根據初始讀數yl以及掏刷深度讀數y2便可以計算出本次洪水過程中，洪水對河床 的掏刷深度Ayl，其具體計算式為:Ayl= |yl_y2| ;
[0077] Step5、讀完掏刷深度讀數y2之后，將內測桿1從外鋼管2中拔出來，然后重復步驟 Step2,之后將內測桿1放入重新裝有細沙3的外鋼管2內，待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1 相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值y3,作為回於深度讀數，最后將內測桿1取出放好， 等待下一次洪水過程沖淤深度的檢測，具體情況如圖2中的d部分所示。
[0078] 根據掏刷深度讀數y2以及回於深度讀數y3便可以計算出本次洪水過程中，泥沙對 河床的齡積深度Ay2,其具體計算式為:Ay2= |y3-y2| ;
[0079] Step6、根據Step4得到的洪水對河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙對河 床的淤積深度Ay2算出洪水過程中河床的掏刷程度Ay，其具體計算公式為:Ay = Ayl-A y2，其中Ay的值可正可負，正值表示河床在該次洪水中遭到侵蝕，河床下降；負值表示河床 在該次洪水中遭到淤積，河床上升。
[0080] 實施例7:如圖1-14所示，一種河流沖淤深度檢測裝置，包括內測桿1、外鋼管2、圓 頂4、凹槽5、凸槽6、內測桿底7、貫通切口 8;
[0081] 所述內測桿1上端與圓頂4連接，內測桿1下端與內測桿底7連接，內測桿1上分布有 凹槽5,內測桿1裝入外鋼管2中，外鋼管2上部內壁設有凸槽6,外鋼管2中下部設有貫通切口 8,在使用時，細沙3裝入外鋼管2內，內測桿底7與細沙3緊密接觸。
[0082 ] 優選地，所述凹槽5對稱均勾分布在內測桿1上，凸槽6對稱均勾的分布在外鋼管2 上部內壁上，內測桿1裝入外鋼管2中時，凹槽5與凸槽6匹配連接。
[0083]優選地，所述內測桿1上設有尺寸刻度線9,每條尺寸刻度線9半環繞在內測桿1上， 尺寸刻度線9采用熒光材料。
[0084] 優選地，所述外鋼管2的上部是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管2的上部鋼管 內壁帶有與內測桿1上的凹槽5相匹配的凸槽6,外鋼管2的中部為帶有貫通切口 8的圓形鋼 管，外鋼管2的下部是封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管10。
[0085] 優選地，所述內測桿1安裝在外鋼管2內，并且內測桿1能在外鋼管2內上下自由移 動。
[0086] 優選地，所述內測桿底7為橢球型內測桿底。
[0087] 儀器的結構構造，具體尺寸擬定如下，參照圖3至圖11。
[0088] 1、內測桿1的尺寸擬定
[0089] 1.1、內測桿1上部結構尺寸(如圖3和圖4所示）
[0090] 內測桿1上部為一段實心的圓柱體，該段柱體的高為h2,圓柱直徑為Di。假設該內測 桿1的質量為m，內測桿1與外鋼管2間的摩擦力系數f，洪水深度為Hi，河床質厚度為H 2，內測 桿1材料的屈服強度為G，安全系數為〇則有：
[0091]將內測桿1從外鋼管2中抽出所需要的力h的大小滿足如下條件：
[0092] Fi^mg+f ? Sa (1)
[0093] 式中：SA是內測桿1與外鋼管2的最大接觸面積；
[0094] m是內測桿1的質量；
[0095] f是內測桿1與外鋼管2間的摩擦力系數；
[0096] Fi是將內測桿1從外鋼管2中抽出所需要的力。
[0097] Sa^23tD2X (Hi+H2) (2)
[0098]式中:D2是內測桿的橫截面直徑；
[0099]壓是洪水深度；
[0100] H2是河床質厚度為。
[0101]于是柱體高度h2必須滿足下列條件式：
[0103]式中:h2是內測桿上部實心圓柱體的高度；
[0104] G是內測桿1上材料的屈服強度；
[0105] 0是安全系數
[0106] 其中圓柱直徑Di不定，此處選取2D2作為其尺寸。
[0107] 1.2、內測桿1中部結構尺寸(如圖3和圖5所示）
[0108] 內測桿1中部長度匕主要取決于外鋼管2的長度尺寸，可近似為：
[0109] hi = Ho+Hi+H2 (4)
[0110]式中：hi是內測桿1的中部長度；
[0111] Ho是從該河流百年一遇洪峰位置以上某處到該河流正常水位之間的距離。
[0112] 內測桿中部截面尺寸需要滿足材料的抗剪切強度要求：
[0113]
[0114] 1.3、橢球型內測桿底7的結構尺寸(如圖1所示）
[0115] 內測桿1底部就是橢球型內測桿底7。該底部為半橢球體，主要是為了增大橢球型 內測桿底7與細沙3間的壓強，使裸露在水11中的沙柱在內測桿1的壓力作用下產生坍塌，從 而使內測桿1下降。該部分也可以做成圓錐體，具體尺寸可結合河床質12的情況進行選擇。
[0116] 2、外鋼管2的尺寸擬定
[0117] 2.1、外鋼管2的長度尺寸(如圖6和圖10所不）
[0118] 外鋼管2的長度H:從該河流百年一遇洪峰位置以上某處到河床堅硬巖層13以下的 某個位置，該位置到河床質12的距離為H3。其中H 3用公式6確定。
[0119] 假設該位置的洪水深度為ft，河床質厚度為H2,外鋼管2伸入巖層13內的深度為H3， 外鋼管2的外直徑為cU，從該河流百年一遇洪峰位置以上某處到該河流正常水位之間的距 離為Ho。
[0120] 如圖10所示，由于外鋼管所受的真實動水壓力呈曲線分布，但為了方便計算將其 簡化為梯形分布的動水壓強。該梯形的上底是洪水表面的最大動水壓強P 3,下底是與河床 質12接觸面上的動水壓強P2。整個梯形分布動的水壓強又可以通過數學運算合成一個集中 的動水壓力P，該壓力就是洪水對外鋼管2的作用力。其中P 2、P3可以根據該河流的水文數據 進行適當擬定。對于巖層13的巖體抗壓強度?:，可根據該點的地質情況選定。
[0121 ]以水流與河床質的交界為矩心列平衡方程如下：
[0122]
[0123] 式中:朽是巖體抗壓強度；
[0124] P2是洪水與河床質12接觸面上的動水壓強；
[0125] P3是洪水表面的最大動水壓強；
[0126] cb是外鋼管2的外直徑。
[0127] 2.2、外鋼管2的鋼管壁厚(如圖7、圖8、圖9以及圖10所示）
[0128] 外鋼管2的外直徑cb可由鉆孔直徑確定，為施工方便，擬選cb與鉆孔直徑相同。
[0129]
可用材料的抗剪切公式計算。動水總壓力 顯然河床質12與水11的交界處是該鋼管所受最大剪切力的地方。由于該處的外鋼管2開了 兩條口子，于是承受剪切力的面積變小了。該開口過程如圖7所示。
[0130]外鋼管2開口后的截面面積S'為：
[0131]
[0132] 式中：S'外鋼管2開口后的截面面積；
[0133] 山是外鋼管2的內直徑。
[0134] 假設外鋼管材料的屈服強度為V，安全系數為(/，于是外鋼管壁厚S必須滿足下式 10的要求：
[0135]
[0136] 式中:V是外鋼管材料的屈服強度；
[0137] 是安全系數；
[0138] S是外鋼管壁厚；
[0139] P集中的動水壓力。
[0140] 所述的一種測量河流沖淤深度檢測裝置應用于洪水過程中河流沖淤深度檢測方 法，所述一種測量河流沖淤深度檢測方法的具體步驟如下：
[0141] Stepl、首先在河流的待測位置上，打深鉆孔，鉆孔深入河床下的巖層13內，然后在 該鉆孔上安裝外鋼管2并進行底部膨脹固定；
[0142] Step2、向安裝好的外鋼管2內加入細沙3,并填滿埋入河床質及以下部分的外鋼管 2。之后，讓外鋼管2內的細沙3在河水的自然沖刷下，達到相對平衡的位置；
[0143] Step3、在Step2完成過后，洪水來臨之前，將內測桿1放入裝有細沙3的外鋼管2內， 待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值yl，作為初始讀 數，具體情況如圖2中的a部分所示；
[0144] Step4、在洪水過后，再次讀出內測桿1相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值， 作為掏刷深度讀數y2，具體情況如圖2中的c部分所示；
[0145] 根據初始讀數yl以及掏刷深度讀數y2便可以計算出本次洪水過程中，洪水對河床 的掏刷深度Ayl，其具體計算式為:Ayl= |yl_y2| ;
[0146] Step5、讀完掏刷深度讀數y2之后，將內測桿1從外鋼管2中拔出來，然后重復步驟 Step2,之后將內測桿1放入重新裝有細沙3的外鋼管2內，待內測桿1穩定過后，讀出內測桿1 相對于外鋼管2上端邊緣位置處的刻度值y3,作為回於深度讀數，最后將內測桿1取出放好， 等待下一次洪水過程沖淤深度的檢測，具體情況如圖2中的d部分所示。
[0147]根據掏刷深度讀數y2以及回於深度讀數y3便可以計算出本次洪水過程中，泥沙對 河床的齡積深度Ay2,其具體計算式為:Ay2= |y3-y2| ;
[0148] Step6、根據Step4得到的洪水對河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙對河 床的淤積深度Ay2就可以算出洪水過程中河床的掏刷程度Ay，其具體計算公式為：Ay = Ayl-Ay2。其中Ay的值可正可負，正值表示河床在該次洪水中遭到侵蝕，河床下降；負值 表示河床在該次洪水中遭到淤積，河床上升。
[0149]上面結合附圖對本發明的具體實施例作了詳細說明，但是本發明并不限于上述實 施例，在本領域普通技術人員所具備的知識范圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下 作出各種變化。
【主權項】
1. 一種河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:包括內測桿（1)、外鋼管（2)、細沙(3)、圓 頂(4)、凹槽(5)、凸槽(6)、內測桿底(7)、貫通切口（8); 所述內測桿⑴上端與圓頂⑷連接，內測桿⑴下端與內測桿底⑴連接，內測桿⑴上 分布有凹槽(5)，內測桿（1)裝入外鋼管(2)中，外鋼管(2)上部內壁設有凸槽(6)，外鋼管(2) 中下部設有貫通切口（8)，在使用時，細沙(3)裝入外鋼管(2)內，內測桿底(7)與細沙(3)緊 密接觸。2. 根據權利要求1所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述凹槽(5)對稱均勻 分布在內測桿（1)上，凸槽(6)對稱均勻的分布在外鋼管（2)上部內壁上，內測桿（1)裝入外 鋼管(2)中時，凹槽(5)與凸槽(6)匹配連接。3. 根據權利要求1所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述內測桿（1)上設有 尺寸刻度線(9)，每條尺寸刻度線(9)半環繞在內測桿(1)上，尺寸刻度線(9)采用熒光材料。4. 根據權利要求1所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述外鋼管（2)的上部 是封閉且沒有切口的圓形鋼管，外鋼管（2)的上部鋼管內壁帶有與內測桿（1)上的凹槽(5) 相匹配的凸槽(6)，外鋼管(2)的中部為帶有貫通切口（8)的圓形鋼管，外鋼管(2)的下部是 封閉沒有切口且沒有凸槽的光滑內壁圓形鋼管（10)。5. 根據權利要求1所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述內測桿（1)安裝在 外鋼管(2)內，并且內測桿(1)能在外鋼管(2)內上下自由移動。6. 根據權利要求1所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述內測桿底（7)為橢 球型內測桿底。7. 根據權利要求1或4所述的河流沖淤深度檢測裝置，其特征在于:所述貫通切口（8)的 切口在外鋼管(2)上對稱開切口。8. -種河流沖淤深度檢測方法，其特征在于:所述方法的具體步驟如下： Stepl、首先在河流的待測位置上，打深鉆孔，鉆孔深入河床下的巖層（13)內，然后在該 鉆孔上安裝外鋼管(2); Step2、向安裝好的外鋼管(2)內加入細沙(3)，并填滿埋入河床質及以下部分的外鋼管 (2)，之后，讓外鋼管(2)內的細沙(3)在河水的自然沖刷下，達到其平衡的位置； Step3、在Step2完成過后，洪水來臨之前，將內測桿（1)放入裝有細沙（3)的外鋼管（2) 內，待內測桿（1)穩定過后，讀出內測桿（1)相對于外鋼管(2)上端邊緣位置處的刻度值yl， 作為初始讀數； Step4、在洪水過后，再次讀出內測桿（1)相對于外鋼管（2)上端邊緣位置處的刻度值， 作為掏刷深度讀數y2; 根據初始讀數yl以及掏刷深度讀數y2便可以計算出本次洪水過程中，洪水對河床的掏 刷深度Ayl，其具體計算式為:Ayl= Iyl-y2| ; Step5、讀完掏刷深度讀數y2之后，將內測桿（1)從外鋼管（2)中拔出來，然后重復步驟 Step2,之后將內測桿（1)放入重新裝有細沙(3)的外鋼管(2)內，待內測桿（1)穩定過后，讀 出內測桿（1)相對于外鋼管(2)上端邊緣位置處的刻度值y3,作為回於深度讀數，最后將內 測桿(1)取出放好，等待下一次洪水過程沖淤深度的檢測。 根據掏刷深度讀數y2以及回於深度讀數y3便可以計算出本次洪水過程中，泥沙對河床 的齡積深度Ay2,其具體計算式為:Ay2= |y3-y2| ; Step6、根據Step4得到的洪水對河床的掏刷深度Ayl以及Step5得到的泥沙對河床的 齡積深度Ay2算出洪水過程中河床的掏刷程度Ay，其具體計算公式為：Ay = Ay 1-Ay2， 其中Ay的值可正可負，正值表示河床在該次洪水中遭到侵蝕，河床下降；負值表示河床在 該次洪水中遭到淤積，河床上升。
【文檔編號】G01M10/00GK106053014SQ201610354918
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】毛澤凌, 黃永輝
【申請人】昆明理工大學