Page 99 - 2023年第54卷第12期

槽实验室内亦不具备大型温控设备。因此，根据水槽与恒温箱尺寸研制了一种 “联动” 设备，即内嵌
分体式可移动沙槽（见图 ２），利用分体沙槽的可移动性建立水槽与恒温箱之间的联系。单体移动沙槽
长 ０．４０ｍ、高 ０．５０ｍ、宽 ０．４９ｍ，由沙槽主体、上下游挡板、吊钩组成，以单体形式置入恒温箱执行
冷冻与融化测试，结束冻融实验后，又可被吊起并原位归入水槽内。当挡板竖起时，移动沙槽成为独
立单体，有冻融测试的 ＦＴＩ － Ｕ及 ＦＴＩ － Ｎ序列中要使用挡板；当挡板全部拆撤后，移动沙槽之间就可以
形成连续体，对无冻融测试的 ＦＴＦ － Ｕ及 ＦＴＦ － Ｎ序列，实验过程中均不使用挡板。测试沙床全长 ２．８ｍ，
由 ７个填满测试泥沙的内嵌可移动沙槽按顺序排列组成（见图 １）。

图 １ 水槽主体、主要系统与设备示意

图 ２ 内嵌分体式可移动沙槽

２．３ 实验条件 常温推移质输沙实验均在水槽内完成，水槽坡度调定为 ６‰。实验采用流量控制系
统，其可识别实验目标流量与电磁流量计实测流量间的差值，并将差值信号传递给变频器，变频器根
据差值信号实时调控水泵转速，最终输出目标流量，每组实验过程中，流量始终保持不变，为恒定水
流。初期测试表明，运用最低实验恒定流 Ｑ ＝ ２５Ｌ?ｓ 即可观测到泥沙运动，最大目标流量为 Ｑ ＝ ４５Ｌ?ｓ ，
ｍｉｎ ｍａｘ
接近水泵最大输出流量（５０Ｌ?ｓ），常温输沙实验条件详见表 １。
实验考虑了两种测试沙床，分别由均匀沙及非均匀沙构成。均匀沙粒径范围为 ４～６ｍｍ，中值粒
径 ｄ ＝ ５．０ｍｍ；非均匀沙由 ２～４、４～６、６～８、８～１０ｍｍ四个均匀沙粒径组按比例混合而成，非均匀
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沙组成为单峰型且与测试均匀沙密切相关，其中 ４～６ｍｍ的粒径组占主体，重量百分比达 ５２．６３％，其
中值粒径 ｄ ＝ ４．１０ｍｍ ，大于中值粒径的粗颗粒所占重量百分比为 ２６．３２％。均匀沙床范围及非均匀沙
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床粒径级配组成见图 ３。
前期测试表明，厚度为 ７．０ｃｍ的含水湿沙床体完全冷冻需要较长时间，这不符合恒温箱正常使用
要求及安全规定。然而，考虑到河床表层结构变化对推移质运动的影响更大，主要实施沙床表层冷
冻，沙床上所覆水层较薄，对沙床表层冷冻的影响较小。测试沙床表层是否能够被冷冻取决于零下低温
尺度与时长，若零下温度偏低，冷冻所需时间则较短，反之亦然。参考水体冰盖厚度随零下低温变化的研

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