(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111447787.2 (22)申请日 2021.11.30 (71)申请人 长江水利委员会长江科 学院 地址 430010 湖北省武汉市江岸区黄浦大 街23号 (72)发明人 李志晶　单敏尔　刘鑫　姚仕明　 金中武　黄建成　周银军　刘小斌　 吴华莉　郭超　朱帅　陈鹏　 刘玉娇　陈义武　孙贵洲　张玉琴　 刘昭希　 (74)专利代理 机构 武汉楚天专利事务所 421 13 代理人 胡盛登 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基岩模型冲料 材质及粒径确定方法 (57)摘要 本申请涉及一种基岩模型冲料材质及粒径 确定方法， 包括确定基岩每一岩性岩体的抗冲流 速ΔVA1、 ΔVB1、 ΔVC1...； 确定基岩 整体的抗冲流 速ΔV1； 根据重力相似定律将原型抗冲流速值换 算成模型抗冲流速从而得到模型散粒体的抗冲 流速ΔV2； 由依兹巴什公式结合抗冲流速ΔV2确 定模拟散粒体材料粒径大小d的计算公式； 根据 冲刷相似选定模型散粒体材料， 在材料选定后， 依据其容重γs等数据带入前一步所确定公式 中， 确定散 粒体粒径范围Δd。 本发明解决目前河 工模型试验中基岩的抗冲特性无法直观描述， 基 岩模型冲料材质和粒径无法快速确定选择， 以及 模型的冲料材质和粒径之间的对应关系表述不 够准确等问题。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114218768 A 2022.03.22 CN 114218768 A 1.一种基岩模型冲料 材质及粒径确定方法， 其特 征在于， 包括以下 具体步骤： S1、 利用基岩冲刷模型装置确定基岩同一岩性岩体在不同风化条件下冲刷临界起动状 态流速， 确定基岩每一岩性岩体的抗冲流速 ΔVA1、 ΔVB1、 ΔVC1...； S2、 由基岩不同岩性岩体的抗冲流速确定对冲刷影响大的岩体类别作为分析对象， 并 确定基岩整体的抗冲流速 ΔV1为原型抗冲流速； S3、 根据重力相似定律将原型抗冲流速值换算成模型抗冲流速从而得到模型散粒体的 抗冲流速 ΔV2为模型抗冲流速； S4、 由依兹巴什公式结合 抗冲流速 ΔV2确定模拟散粒体材 料粒径大小d2的计算公式； S5、 根据冲刷相似选定模型散 粒体材料， 在材料选定后， 依据其容重γs数据代入前一步 所确定公式 中， 确定散粒体粒径范围。 2.根据权利要求1所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中的基岩冲刷模型装置包括由有机玻璃制成的试验水槽， 试验 水槽由连接高水头水箱 的管道段、 明渠试验段以及出水段 组成， 基岩冲刷模型装置还包括水泵循环系统、 高水头水 箱、 水位调控器、 多通道粒子摄像系统、 声速多普勒测速仪、 测 压管、 顶样装置及计算机， 高 水头水箱最大 水头8m， 最大 出口流量1m3/s。 3.根据权利要求2所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中的在明渠 试验段， 设有用于固定基岩样品凹槽， 每次水槽运行前， 先将 基岩样本插入 凹槽， 并通过顶样装置使样本表面与水槽底部齐平， 圆柱形顶样装置圆筒卡槽内直径为 7cm， 试验系统运行时， 通过水泵循环系统将水输送到高处的高水头水箱内， 再从高处向下 输送水， 产生一个高速水流， 在低处设有明渠试验段， 通过高速水流对顶样装置上方的基岩 进行冲刷试验， 并记录相关数据。 4.根据权利要求3所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述步 骤S1中的基岩的不同岩性组成分别为粉砂质粘土岩A、 粘土质粉砂岩B和长石岩屑砂岩C， 每 种岩性的岩 体依照不同的风化状态进 行冲刷试验； 基岩起动的临界状态设定为普遍微团起 动， 通过多通道粒子摄像系统观测基岩表面微团运动状态判别基岩是否正处于冲刷临界状 态， 并用声速多普勒测速仪记录不同风化状态下的同一岩性岩体在处于临界状态时的冲刷 流速。 5.根据权利要求4所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述试 验水槽中的水流速度从1.0m/s开始逐级增加， 流速增加的量级为0.2m/s， 在恒定的流速条 件下持续冲刷30 分钟， 若观察到基岩试样未被冲刷， 则继续增加到下一流速级， 直至观 察到 在某一流速条件下， 30分钟内岩体表面受到水流冲刷破坏达到划定的临界状态判别标准， 则确定当时的流速为该组别基岩试样的抗冲流速； 根据得到的每组4个临界流速分别综合 确定A、 B和C三种岩性岩体的抗冲流速 ΔVA1、 ΔVB1、 ΔVC1。 6.根据权利要求4所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述每 种岩性的岩体依照不同的风化状态分为微风化和弱风化， 其中弱风化又分为天然敞露、 水 下浸泡和干湿交替。 7.根据权利要求2所述的一种基岩模型冲 料材质及粒径确定方法， 其特征在于， 所述步权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218768 A 2骤S4中依兹巴什公式 依兹巴什公式等式两边 同时取平方并将重力 相似准则带入， 其 中 易得 其中ΔV1和ΔV2分别代表 原型抗冲流速和模型抗冲流速； γs、 γ分别代表模型散粒体的容重和水的容重； K为散粒体 的抗动系数； d2为模型散粒体粒径； g为重力加速度； λh为垂直比尺， 表征模型在垂直方向上 相对于原型的缩小倍数； 为流速比尺， 表征模型中的流速相对于原型的缩小倍数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218768 A 3