1.本实用新型涉及简易土体抗冲试验仪，尤其是涉及一种可以对原位土的局部抗冲刷参数进行室内测试的仪器。
背景技术：
2.我国经济不断发展，交通基础设施持续建设，桥梁工程在此过程中发挥着越来越重要的作用。同时，由于相关技术不断发展，工程建设要求不断提高，涉水工程环境愈发复杂，导致冲刷作用更为明显，水毁带来的问题也更为显著，如何更好地解决其局部冲刷问题成为一项重大难题。目前，国内外主要利用传统经验公式辅以波流水槽试验进行冲刷设计，对实际条件进行过多的简化和相似处理。此外，波流水槽所占空间大，操作复杂，无法对原位土抵抗局部冲刷的参数进行测试，同时试验的结果还会受到水槽中布置的模型类型的影响，无法直接、准确地反应土体的抗冲刷性能，试验结果的普适性差、可重复性不佳。所以，极有必要开发简易的土体抗冲参数试验设备。
3.为更好地进行小尺寸的土体抗冲参数测试，提出一漩涡型流场生成器，还原土体表明的冲刷作用，其中关键技术是满足土体单元抗冲试验的可操作性和抗冲参数测量的灵活性与精确度，目前关于抗冲参数测量的专利技术，如下：
4.1.一种评价土壤抗冲刷能力的装置与方法(cn105372140a)，该方法是在顶部受压底部受冲刷情况下，通过土壤冲刷量来评价土壤的抗冲刷能力，重点在于解决目前关于黄土崩解性测试方法的缺陷，并非土体表面急流冲刷问题。
5.2.测试土体抗冲刷能力的装置及方法(cn108344653a)，该方法通过土壤冲刷质量评价抗冲能力，装置思路仍是传统波流水槽的理念，占据空间较大，不易操作，无法满足普适性、可重复性的要求；
6.3.一种对实体冲刷模拟实验装置及实验数据采集方法(cn104792945a)，该方法主要基于超声波手段，利用计算机实现对工程局部冲刷的监控，重点在于对堆石体(而非颗粒尺度远小于石块的泥沙)进行冲刷观测(主要针对冲刷整体过程，而非该过程中的土体演化过程)。
7.4.一种测试土体或软岩抵抗波浪侵蚀能力的装置及方法(cn109580409a)，该方法也是基于波流水槽试验，仪器较大，重点在于抵抗波浪侵蚀能力的测试。上述发明专利均为涉及进行局部抗冲试验与抗冲参数测量的内容，但与本技术有明显区别。所提及的方法无法满足对土体单元进行简易测试，针对性地获取土体抗冲刷参数的需求，所采用的超声波手段无法在浅水试验条件下开展。
技术实现要素：
8.本实用新型的目的就是为了弥补室内试验中关于土体单元抵抗局部冲刷的参数测试的空白，提供一种简易土体抗冲试验仪。
9.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
10.一种简易土体抗冲试验仪，对制得的土样进行表面急流冲刷以及冲刷发展的探测，其特征在于，该测试仪包括数据采集设备、土样收集装置、漩涡型流场生成器；
11.所述数据采集设备包括压力传感贴片、数据采集设备，压力传感贴片与数据采集设备连接；
12.所述土样收集装置包括土盒边壁、土盒底盖和环刀头，根据功能需求，所述土盒边壁与土盒底盖或者与环刀头连接；
13.所述漩涡型流场生成器包括漩涡控制器、固定盖、漩涡发生器、转轴；
14.其中：
15.所述漩涡型流场生成器安装于土盒边壁上层用于模拟试验土体单元表面急流冲刷，其顶部通过螺纹连接固定有固定盖；所述漩涡控制器内置有马达，位于固定盖之上，并通过固定盖中心锁槽进行固定；固定盖另一端连接转轴；所述漩涡发生器含有六个叶片，固定在转轴下部；
16.所述土样收集装置用于盛放土样，所述环刀头用于采集原位待测土体；试验进程中土样收集装置通过土盒边壁与土盒底盖通过螺纹连接，土盒底盖底部设置有压力传感贴片，并由数据采集设备获取实时的底部土压力分布情况，用于监测土样的冲刷进程。
17.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的固定盖内部、漩涡型流场生成器顶端外侧及底端内侧、土盒边壁顶端的外侧均设有宽5mm的螺纹，用于各组件的螺纹旋合搭设。
18.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的土盒边壁两端的外侧、土盒底盖的内侧和环刀头的内侧均设有宽5mm的螺纹，便于拆装连接；其中，所述的环刀头在需要原位取土时通过螺纹与土盒边壁连接，并于取土以后拆下环刀头，再安装所述的土盒底盖来取代。
19.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，工作状态参数限定：通过漩涡控制器对转轴进行控制，使得土盒边壁转速范围限定为0～300rpm，对应模拟0～2.0m/s范围的流速。
20.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的土盒底盖底部从中心向外沿十字形均匀布置9个压力传感器，用于测得土样的压力分布以推得土样的冲刷进程。
21.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的漩涡型流场生成器和土样收集装置材质，选择使用透明且具有高强度的亚克力材料，其作用在于能够保证在取样与测试环节中提供基础强度，便于观察测试的进程以及对于冲刷结果进行量测。
22.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的漩涡控制器和土样收集装置分别收集原位流体与土体试样，或者用于直接盛放试样。
23.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的土盒底盖底部的压力传感器为市售薄膜传感器，厚度为0.2mm，对测试环境不产生影响。
24.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的数据采集设备能够将布设传感器处的土压力值变化转化为土样高程的变化，对应相应位置处的叶片转动线速度，推得评价土体抗冲刷性能所需要的参数。
25.所述的一种简易土体抗冲试验仪，其特征在于，所述的土盒边壁具有标准化尺寸，测试采用的土体单元也可选择各类室内土工试品，得到土体单元的冲刷性能与自身岩土特
性关系。
26.进一步地，所述的土盒底盖从中心向外沿十字形均匀布置9个压力传感器，用于测得土样的压力分布以推得土样的冲刷进程。
27.进一步地，所述的漩涡型流场生成器和土样收集装置选择使用透明且具有较高强度的亚克力材料，其作用在于能够保证在取样与测试环节中提供足够的强度，便于观察测试的进程以及对于冲刷结果进行量测。
28.进一步地，所述的土样收集装置用于收集原位流体与土体试样，或者用于直接盛放试样；所述的土盒底盖底部的压力传感器为市售薄膜传感器，厚度为0.2mm，对测试环境不产生影响。
29.本实用新型的试验仪具备良好的防水防锈性能、现场环境模拟可操作性，各部分可灵活组装、调整更换，可以根据试验需要进行调整，除能够对原位土体进行局部冲刷试验外，测试采用的土体单元也可进行各类室内土工试验，得到土体单元的冲刷性能与自身岩土特性关系，其占地小，操作方便，可对原位土体和标准化土体单元进行局部冲刷测试成为这一试验装置的实用特征。
30.与现有技术相比，本实用新型的试验仪不拘泥于传统的土体测试仪器和方法，填补了土样进行表面急流冲刷(包括现场取回的原位土)相关测试的空白，且仪器操作简单，占地面积小，可以满足原位或实验室模拟的需求，并可将数据顺利采集以供后续分析，为冲刷相关研究与工程设计提供j9九游会真人的技术支持。
31.与现有技术相比，本实用新型的试验仪可以通过简便的试验步骤达到获取评价土体抗冲刷性能所需参数的目标：
32.①
首先利用土盒边壁和环刀头组合进行原位土取样，旋下环刀头后将超过土盒边壁)部分的土样切除，在底部旋上布置好传感贴片的土盒底盖；
33.若无需原位取土，则直接将布置好贴片的土盒底盖固定于土盒边壁底部，
34.盛放土样；
35.②
通过螺纹将漩涡型流场生成器固定至土盒边壁顶部，再利用水管向漩涡型流场生成器缓慢注入流体至合适高度；
36.③
将固定盖旋转固定至漩涡型流场生成器的顶部，布置好完整的漩涡型流场生成器部分，再将漩涡控制器与固定盖通过锁槽卡槽连接固定；
37.④
将数据采集设备和漩涡控制器连通电源，调节控制器使叶片先以最低速转动，关注数据采集设备显示的土压力变化：若无明显变化，则提高一档转速，每挡转速需要至少保持20min，至土压力分布发生明显变化，
38.即外圈压力值低而中心压力值高时，维持转速不变；
39.⑤
当土压力不再发生进一步变化时，关闭漩涡控制器，保存所得的土压力分布数据；
40.⑥
将固定盖和漩涡控制器分离，从漩涡型流场生成器顶部旋下固定盖后，通过抽水泵将漩涡型流场生成器中的水抽出，对试验后土样表面高程分布和侵蚀程度进行观察与量测；
41.⑦
对所得的各类数值进行进一步分析，对土体的抗冲刷性能进行评价。
附图说明
42.图1为本实用新型装置的工作示意图；
43.图中，1为漩涡控制器，2为固定盖，3为转轴，4为漩涡发生器，6为土盒边壁，7为土盒底盖，8为环刀头，9为压力传感贴片，10数据采集设备。
44.图2(a)为本实用新型装置的土样收集装置和漩涡型流场生成器组合的正视图；
45.图2(b)为本实用新型装置的土样收集装置和漩涡型流场生成器组合的俯视图；
46.图3(a)为本实用新型装置的试验装置示意图；
47.图3(b)为本实用新型装置的试验结果示意图；
48.图4(a)为本实用新型装置的固定盖、漩涡发生器和转轴正视图；
49.图4(b)为本实用新型装置的固定盖、漩涡发生器和漩涡发生器俯视图；
50.图5为本实用新型装置的土样收集装置的使用示意图；
51.图6为本实用新型装置的土盒底盖传感贴片布置图；
52.图7为本实用新型装置的漩涡控制器(左)与固定盖锁槽(右)示意图。
具体实施方式
53.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
54.实施例1
55.一种简易土体抗冲试验仪，对制得的土样进行表面急流冲刷以及冲刷发展的探测，包括漩涡型流场生成器、土样收集装置、数据采集设备。如图5所示，所述土样收集装置包括土盒边壁6、土盒底盖7和环刀头8；所述土样收集装置用于盛放试验土样，包括土盒边壁6和土盒底盖7，所述的环刀头8用于采集原位待测土体；试验进程中的土样收集装置由土盒边壁6与土盒底盖7通过螺纹连接，土盒底盖7设置有压力传感贴片9，并由数据采集设备10获取实时的底部土压力分布情况，用于监测制得土样表面的急流冲刷进程。
56.所述的置漩涡型流场生成器由螺纹与所述的土盒边壁6进行连接。
57.如图2(a)与图2(b)所示，漩涡型流场生成器包括漩涡发生器6、漩涡控制器3、转轴3；所述的漩涡型流场生成器还包括固定盖2。所述的固定盖2通过螺纹连接固定在所述的漩涡型流场生成器的顶部，一端与漩涡控制器1相连，另一端连接转轴3，而转轴3与漩涡发生器4相固定，所述的转轴3与漩涡发生器4都为金属材料制成，其中漩涡发生器4由六个叶片组成，如图4(a)所示。转轴3在漩涡控制器1内置的马达的控制下带动叶片旋转，形成漩涡，如图1所示。
58.对上述创新结构的工作状态参数限定：通过漩涡控制器1对转轴3进行控制，使得漩涡发生器4转速范围限定为0～300rpm，对应模拟0～2.0m/s范围的流速。
59.由于所述的漩涡发生器4沿叶片长度方向角速度相同而线速度呈线性分布，所以位于外侧的土样受到涡流流速较大，内侧的相对较低。当流速高于土样的冲刷临界流速，就会发生侵蚀；流速低于土样的冲刷临界流速，则会发生沉积。所以距圆柱形土样轴心距离不同的土体会表现出不同的冲刷响应，如图3所示，从圆柱形土样轴心向外侧会出现沉积区和侵蚀区。通过对沉积区与侵蚀区分布的分析，本实用新型试验装置有条件获得对应土体的临界剪切速度与叶片转速之间的相对关系，即科研工作所需要的数据。
60.所述的土盒边壁6、土盒底盖7和环刀头8，全部由亚克力材料制成，保证强度的同
时能够方便对冲刷进程进行观察。土盒边壁6通过与环刀头8的配合使用，实现了针对不同土质，均可集原位取土、存放土样和进行试验多功能于一体的目标，去除了不必要的周转装置，操作更加便捷。如图5所示，进行原位取土时，先将土样环壁6与环刀头8利用螺纹进行连接，而后进行取土，用刀切割除去多余的土，将表面抹平后旋转取下环刀头8，用刀切割除去超过土样环壁部分的土并刮平，再利用螺纹连接，将从中心向边缘沿十字形预先布置好压力传感贴片的土盒底盖7与土盒边壁6进行组合，最后将漩涡型流场生成器与土盒边壁6通过螺纹固定连接，通过水管向其中缓慢注入流体。若无需取原位土，直接盛放土样，则无需使用环刀头8，可以直接将所述的土盒底盖7与土盒边壁6进行连接组合，再盛放土样以进行试验。
61.如图6所示，所述的土盒底盖7会根据压力传感贴片9的布置位置预留孔洞，以穿过数据传导线，布置好压力传感贴片9后在孔洞处进行一定的防水处理。所述的压力传感贴片9为市售薄膜传感器，厚度为0.2mm，对测试环境不产生影响。通过压力传感贴片9可以得到底部土压力的分布情况，从而可以推得土样的高程分布情况。通过数据采集设备10可与计算机连接记录冲刷过程，连同数据及高程分布图像一同实时导出到计算机中，推测得到土样的局部冲刷程度，以便实验人员准确掌握试验信息，可减小短时间内读数造成的偏差，待达到最大冲刷深度和平衡状态时，则可关闭紊流控制器1，停止冲刷。冲刷停止后，可以通过量测观察沉积区面积，结合输入到电脑中的土压力分布情况，可以计算出临界剪切速度，得到土体抗冲的相关参数。
62.相对于现有技术的进步：
63.如图1所示，与背景技术中对比文件相比：去除了仪器支架，将漩涡发生器6通过固定盖2直接与漩涡型流场生成器连接，更易组装、易操作，轻便便携。与现有技术相比：体型大大缩小。如目前常用的波流水槽试验设备，尺寸基本为60m
×
1m
×
1.5m，而本实用新型中的装置，如图2(a)与图2(b)所示组装后的模拟装置的尺寸约为9cm
×
15cm
×
20cm，从而得以实现便携、现场试验和原位样品布置的功能，操作便捷，且适合大量生产使用。
64.如图5所示，与对比文件相比：
65.①
此处的土盒边壁6通过与环刀头8的配合使用，实现了针对不同土质，均可集原位取土、存放土样和进行试验多功能于一体的目标。去除了不必要的周转装置，操作更加便捷。
66.②
环刀头8的设计和使用相同于岩土工程领域基础室内试验的环刀，其取土原理和工作方式一样，可操作性强，更容易掌握。
67.③
能够实现原位取土，能够更加真实的反映场地土体的抗冲刷特性。
68.④
完成取土即完成冲刷试验的土体模拟布置，可以直接进行冲刷试验。
69.如图6所示，与对比文件相比：
70.①
增加了底部的压力传感贴片，便于精确化、动态化的把握土样的冲刷演变过程，确定临界冲刷状态。
71.现有的技术常利用制造模拟波浪，来对土体直接进行冲刷，通过观察土样的冲刷形态和对应的造波流速来确定临界剪切速度，试验结果与水槽中的模型布置关系密切。本实用新型能够直接利用土盒边壁的叶片旋转产生涡流，得到沿半径分布不同的流速，通过观察土样的冲刷沉积形态和对应的叶片转速，为研究人员提供用来确定临界剪切速度的试
验数据，为研究人员实现得到土体的抗冲刷特性的科研目的。相比而言，本实用新型使用的方法为冲刷装置的轻便化提供了有力的j9九游会真人的技术支持，并更能够直接反应土体的抗冲刷特性。