本实用新型涉及水利工程模拟试验技术领域，特别涉及一种伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置。
背景技术：
我国海岸线长达1.8万km，台风登陆引起的风、潮及洪涝灾害严重威胁海岸线附近城市的安全与发展，海堤有效抵御台风暴潮等自然灾害，保卫人们生命财产安全。滨海地区缺乏黏土材料，因此现有的旧堤往往就地取材，利用砂作为筑堤材料。但由于砂极易流失，遇台风海堤易损毁甚至决口。
近年来，随着水利建设投入不断加大，开展了一系列旧海堤达标加固工程，然而在黏土缺乏的地区大多仍采用砂进行加高培厚，只是在临海侧增设混凝土板作为护面，对砂土堤身进行防护，并在砂与混凝土护面之间设置一层土工布，以防止砂的流失。现场调研发现，砂土海堤破坏的严重程度远高于黏土海堤，即使是近年加固过的砂土海堤，仍会出现严重的损毁。采用护面加土工布型式加固的砂土海堤的破坏主要原因为伸缩缝破损导致砂土不断从破损带流失，造成护面脱空，在台风到来时，巨大的波浪力作用在脱空的混凝土面板上，使面板弯断、破碎，其后的砂土堤身随即冲毁。然而，目前关于波浪作用下面板海堤伸缩缝破损导致海堤冲刷破坏问题尚未见诸报导。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，研究波浪作用下伸缩缝破损后对海堤的影响，本实用新型所采用的技术方案如下：
本实用新型提供一种伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其包括水箱、波浪发生器、堤模型和信息采集组件，波浪发生器、堤模型和信息采集组件布置在水箱中，堤模型包括模型箱，模型箱内为用于装填模型砂的内腔，模型箱的一侧布置有倾斜的面板，面板的数量至少为两个，相邻两个面板之间布置有填充块。
进一步，信息采集组件包括水压力传感器，水压力传感器布置在模型箱。
进一步，水压力传感器布置在模型箱的后挡板，面板上布置有水压力测点，水压力测点通过软管连接水压力传感器，面板在水压力测点成型有安装孔，软管置于安装孔中。
进一步，信息采集组件包括扫描仪。
进一步，信息采集组件包括摄像机。
进一步，信息采集组件包括浪高仪。
进一步，水箱中布置有消波区。
进一步，模型箱的顶板、底板、后挡板和侧挡板均采用经过防腐处理的木材。
进一步，模型砂中通过颜色区分不同粒径的砂。
进一步，波浪发生器为推板式造波机。
有益效果：试验时，波浪发生器在水箱中造浪，波浪作用在堤模型，堤模型中采用填充块模拟海堤的伸缩缝破损带，堤模型中通过装填模拟砂来模拟海堤中砂在波浪作用下的迁移状态。本实用新型结构合理，以模拟波浪对伸缩缝破损后的堤模型来研究伸缩缝破损后海堤受到的影响，可广泛应用于水利工程模拟试验技术领域。
附图说明
图1为试验装置的结构示意图；
图2为堤模型的结构图。
具体实施方式
下面结合图1至图2对本实用新型做进一步的说明。
本实用新型涉及一种伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其包括水箱11、波浪发生器12、堤模型13和信息采集组件，波浪发生器12、堤模型13和信息采集组件布置在水箱11中，水箱11中布置有消波区18，堤模型13位于波浪发生器12和消波区18之间，波浪发生器12为推板式造波机。
堤模型13用于模拟不同类型海堤的形状，水箱11中充水至设定水位，波浪发生器12在水箱11中造波，波浪向堤模型13推移，可模拟不同水位和波浪工况。
堤模型13通过快干水泥或螺钉固定在水箱11中，并通过水准仪调平。堤模型13包括模型箱14，模型箱14内为用于装填模型砂的内腔，模型箱14为组装式变尺寸伸缩缝破损面板海堤模型试验箱，模型箱14的顶板、底板、后挡板和侧挡板均采用经过防腐处理的木材，木材通过铁钉安装。
模型箱14的一侧布置有倾斜的面板，倾斜的面板模拟海堤中倾斜的坡面。面板为亚克力材料，面板设计为透明度高的亚克力玻璃，方便波浪冲击下观察模型箱14中模型砂的迁移过程。
面板的数量至少为两个，相邻两个面板之间布置有填充块19，填充块19的数量为若干个，面板与填充块19之间布置有玻璃胶。填充块19模拟伸缩缝破损带，用于模拟不同位置、不同大小的伸缩缝破损带，填充块19采用组装式变尺寸亚克力材料。
例如面板的数量为两个，面板与模型箱14的侧挡板之间通过合页或螺钉安装，面板与模拟箱侧壁之间的接缝处涂抹玻璃胶用于止水。若面板的数量为多个，那么两个最外侧的面板与模型箱14的侧挡板之间通过合页或螺钉安装，其他的面板则与模型箱14的顶板和底板安装。
信息采集组件包括水压力传感器，水压力传感器布置在模型箱14，水压力传感器测量面板上不同高度处的波浪压力。由于模型箱14中不方便直接埋设水压力传感器，因此水压力传感器布置在模型箱14的后挡板。面板上布置有水压力测点，水压力测点通过软管连接水压力传感器，试验前，软管中充满水。面板在水压力测点成型有安装孔15，软管置于安装孔15中，软管外壁与安装孔15内壁之间的缝隙采用玻璃胶封堵。
信息采集组件包括扫描仪16，扫描仪16为三维激光扫描器，三维激光扫描器具有全景测量、高速扫描、高精度扫描、远距离扫描、一体化的数据存储和双轴补偿等优点，其扫描类型为脉冲测距法，视场角360°×270°，角度分辨率12″，模型表面精度2mm，动态双轴补偿范围±5′，动态双轴补偿精度1.5″，动态双轴补偿分辨率5″，最大扫描速率50000点/秒，激光级别为ⅰ级，激光颜色为绿色，波长532nm。扫描仪16对波浪作用后的堤模型13进行扫描，可获取不同工况下堤模型13的三维点云，基于点云数据可建立不同工况下的堤模型13三维模型，可定量表征堤模型13破损处冲刷破坏的全过程，定量分析不同工况下伸缩缝破损对堤模型13砂土流失特性的影响。
信息采集组件包括浪高仪17，浪高仪17对波浪发生器12产生的波浪进行率定。
信息采集组件包括摄像机，通过摄像机可获取整个冲刷破坏过程中砂颗粒的运动状态和颗粒分布，面板设计为透明的，方便摄像机拍摄波浪作用下砂土的迁移过程。
模型砂中通过颜色区分不同粒径的砂，不同粒径的砂颜色不同，每种粒径的砂等质量混合。通过图像处理，可分析出每个砂颗粒的运动轨迹、运动速度和其他信息。
波浪对破损带附近模拟砂的作用可分为波浪在上爬过程中产生的正压力和波浪在回落过程中产生的负压力，正压力将砂颗粒推向远离破损带区域，粒径越小，砂粒越容易被推离，故距破损带越远，砂颗粒粒径越小；负压力将砂颗粒从破损带带出，砂粒粒径越小，越容易被带出，故距破损带越远，砂颗粒粒径越大，试验时大粒径的模拟砂集中在靠近破损带位置。
试验中，上部波压力相对较小，中部与下部波压力相对较大，且下部平均波压力大于中部。面板伸缩缝破损的海堤砂土流失主要为波压力将砂土带出，故当破损带位于底部时，波压力较大，砂土流失量最大。
试验步骤如下：
1，将各设备调整至最佳运行状态；
2，在模型箱14内充填模型砂，砂土为按相似比尺确定，砂土用水湿润后压紧，试验时控制每次装砂量一致；
3，对填充后的堤模型13进行三维激光扫描，获取波浪作用前堤模型13的三维激光扫描点云；
4，盖上面板，在面板四周涂抹玻璃胶进行止水；
5，安装填充块19，在设计破损位置处安装填充块19模拟伸缩缝破损带，用玻璃胶固定好填充块19；
6，水槽内充水至设定的水位，待水面稳定后打开波浪发生器12进行造波，同时打开摄像机、浪高仪17和水压力传感器进行数据采集；
7，待波浪作用结束后，打开面板和填充块19，并进行三维激光扫描，获取波浪作用后堤模型13的三维激光扫描点云；
8，试验结束，重新上述步骤开展下组试验。
上述步骤5中，可通过填充块19的数目控制破损长度，另外，为使试验效果明显，破损位置设置于靠近模型箱14底部的位置。
以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
1.一种伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：包括水箱(11)、波浪发生器(12)、堤模型(13)和信息采集组件，波浪发生器(12)、堤模型(13)和信息采集组件布置在水箱(11)中，堤模型(13)包括模型箱(14)，模型箱(14)内为用于装填模型砂的内腔，模型箱(14)的一侧布置有倾斜的面板，面板的数量至少为两个，相邻两个面板之间布置有填充块(19)。
2.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：信息采集组件包括水压力传感器，水压力传感器布置在模型箱(14)。
3.根据权利要求2所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：水压力传感器布置在模型箱(14)的后挡板，面板上布置有水压力测点，水压力测点通过软管连接水压力传感器，面板在水压力测点成型有安装孔(15)，软管置于安装孔(15)中。
4.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：信息采集组件包括扫描仪(16)。
5.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：信息采集组件包括摄像机。
6.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：信息采集组件包括浪高仪(17)。
7.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：水箱(11)中布置有消波区(18)。
8.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：模型箱(14)的顶板、底板、后挡板和侧挡板均采用经过防腐处理的木材。
9.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：模型砂中通过颜色区分不同粒径的砂。
10.根据权利要求1所述的伸缩缝破损面板海堤冲刷破坏试验装置，其特征在于：波浪发生器(12)为推板式造波机。
技术总结