一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置製造方法

2023-06-05 03:13:36

一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，包括箱型試驗槽、變水頭供水裝置、軸向加壓裝置和數據收集裝置，所述的箱型試驗槽左側上遊設有螺旋式進水口，所述的螺旋式進水口通過進水橡膠軟管與左側的變水頭供水裝置的出水口相連；所述的數據收集裝置包括液位傳感器、數據採集及傳輸元件、流量計和數據終端，所述的液位傳感器布置在箱型試驗槽外側面的多個不同位置；所述的箱型試驗槽右側底部設有溢水孔，所述的溢水孔通過出水橡膠軟管連接所述的流量計；所述的軸向加壓裝置設置在箱型試驗槽的上部。它適用於壩體工程滲流與滲透破壞的研究，也可以作為巖土工程及水利工程學科的教學與科研實驗之用。
【專利說明】一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於水利工程物理模型試驗的【技術領域】，具體而言涉及一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置。
【背景技術】
[0002]在飽和含水地層，由於維護牆的止水效果不好或止水結構失效，致使大量地下水結構失穩，導致大量地下水夾帶沙粒湧入作業面，造成支護結構失穩稱為滲流破壞。由於土壩的壩身和壩基一般都具有一定的透水性，因此在水壓力的作用下，滲水現象是不可避免的。異常滲漏會對土壩造成許多危害:損失蓄水量甚至導致大壩無法蓄水；使浸潤線抬高，使下遊壩坡散漫，甚至造成滑坡事故；當滲流的滲透坡降大於臨界坡降，則土壩將產生滲流變形而危及土壩安全。其中土壩的滲透變形是土壩發生破壞事故的主要原因之一，據國內外資料統計，由於滲透變形造成破壞事故的約佔全部破壞事故的40%以上。因此，對於堤壩的滲流破壞問題絕對不可掉以輕心，研究水庫土壩滲流破壞的形成與發展過程，對預防滲流破壞與提出相應的防治措施具有重要意義。
[0003]目前，關於水庫土壩滲流破壞的發展過程模擬大多局限於一定相對密實度土樣的滲流破壞模擬的範圍，因而無法考慮土樣受軸向壓力時的滲流情況，故難以全面解釋土壩滲流的形成和發展過程，也不能滿足水庫土壩工程滲流破壞研究的要求。
實用新型內容
[0004]為了克服現有水庫土壩滲流破壞發展過程模型試驗裝置的上述缺陷，本實用新型的目的在於提供一種更合理的水庫土壩滲流破壞發展過程模型試驗裝置。
[0005]為實現上述目的，本實用新型提供了一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，包括箱型試驗槽、變水頭供水裝置、軸向加壓裝置和數據收集裝置，所述的箱型試驗槽與變水頭供水裝置相連，所述的軸向加壓裝置安裝在箱型試驗槽的上部，所述的數據收集裝置與箱型實驗槽相連。
[0006]優選的，所述的箱型試驗槽左側上遊設有螺旋式進水口，所述的螺旋式進水口通過進水橡膠軟管與左側的變水頭供水裝置的出水口相連，所述的螺旋式進水口的右側設有透水板；所述的數據收集裝置包括液位傳感器、數據採集及傳輸元件、流量計和數據終端，所述的液位傳感器布置在箱型試驗槽外側面的多個不同位置，所述的液位傳感器通過數據採集及傳輸元件與數據終端相連接，所述的流量計與數據終端相連接；所述的箱型試驗槽在水流下遊設有下遊透水板，所述的箱型試驗槽右側底部設有溢水孔，所述的溢水孔通過出水橡膠軟管連接所述的流量計；所述的軸向加壓裝置設置在箱型試驗槽的上部。
[0007]優選的，所述的變水頭供水裝置包括進水閥、進水管、塑料水管、溢流口、出水口、雙滑輪、纜繩、長木板和可動支架，所述的雙滑輪固定在可動支架上，所述的長木板上設有刻度，所述的出水口經進水橡膠軟管與箱型試驗槽的螺旋式進水口相連。
[0008]優選的，所述的軸向加壓裝置包括壓力傳動裝置、負荷輸出裝置、荷載測量裝置、豎向位移測量裝置、活動蓋板和固定支架，所述的活動蓋板可縱向移動地設置在所述的箱型試驗槽頂部，所述的活動蓋板上方安裝了用於測量土體試樣豎向位移的豎向位移測量裝置，所述的豎向位移測量裝置與荷載測量裝置連接，所述的荷載測量裝置與負荷輸出裝置的輸出端聯動連接，所述的固定支架與箱型試驗槽固定連接，所述的壓力傳動裝置固定在所述的固定支架的梁的中部位置，所述的壓力傳動裝置與負荷輸出裝置相連。
[0009]優選的，所述的數據終端是計算機處理器，所述的數據採集及傳輸元件是模數轉換器(A-D)及串口。
[0010]本實用新型的有益效果:
[0011 ] 通過軸向加壓裝置對土樣施加軸向壓力，可以較為科學地模擬水庫土壩在不同軸向受力情況下的滲流形成與發展，準確再現水庫土壩的滲流破壞和發展情況。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型研究水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置的結構示意圖。
[0013]圖2是本實用新型研究水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置的工作原理示意圖。
[0014]圖1中，1、進水閥，2、進水管，3、塑料水管，4、溢流口，5、出水口，6、雙滑輪，7、纜繩,8、長木板,9、可動支架，10、螺旋式進水口，11、進水橡膠軟管，12、透水板,13、液位傳感器，14、數據採集及傳輸元件，15、箱型試驗槽，16、收集口，17、下遊透水板，18、水位控制箱，19、溢水孔，20、出水橡膠軟管，21、流量計，22、數據終端，23、壓力傳動裝置，24、負荷輸出裝置，25、荷載測量裝置，26、豎向位移測量裝置，27、活動蓋板，28、固定支架。
【具體實施方式】
[0015]為使本實用新型實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0016]本【技術領域】技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本實用新型所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。
[0017]本實用新型中所述的「內、外」的含義指的是相對於設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外。
[0018]本實用新型中所述的「左、右」的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右。
[0019]本實用新型中所述的「連接」的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。
[0020]如圖1所示，本實用新型的模擬水庫土壩滲流破壞發展過程模型試驗裝置，包括箱型試驗槽15、變水頭供水裝置、軸向壓力輸出裝置、數據收集裝置，箱型試驗槽15上遊左側有螺旋式進水口 10，經進水橡膠軟管11與左側的變水頭供水裝置的出水口 5相連，螺旋式進水口 10右側有透水板12，箱型試驗槽15外側面不同位置設有多個液位傳感器13，箱型試驗槽15的下遊有下遊透水板17，試驗槽右側底部有溢水孔19通過出水橡膠軟管20接流量計21 ;箱型試驗槽15上部有軸向壓力輸出裝置；
[0021]變水頭供水裝置包括進水閥1、進水管2、塑料水管3、溢流口 4、出水口 5、雙滑輪
6、纜繩7、長木板8和可動支架9，雙滑輪6固定在可動支架9上，長木板8上有刻度，出水口 5經進水橡膠軟管11與箱型試驗槽15的螺旋式進水口 10相連。
[0022]軸向壓力輸出裝置包括壓力傳動裝置23、負荷輸出裝置24、荷載測量裝置25、豎向位移測量裝置26、活動蓋板27以及固定支架28，可縱向移動的活動蓋板27在箱型試驗槽15頂部，活動蓋板27上安裝了用於測量土體試樣豎向位移的豎向位移測量裝置26，豎向位移測量裝置與荷載測量裝置25連接，荷載測量裝置25與負荷輸出裝置24的輸出端聯動連接，固定支架28與箱型試驗槽15固定連接，且梁的中部固定著壓力傳動裝置23與負荷輸出裝置24相連。
[0023]本實用新型模擬水庫土壩滲流破壞發展過程模型試驗裝置的工作原理如下:
[0024]如圖1和圖2所示，向箱型試驗槽15中填築土樣，分層裝填，每層裝填完就進行壓實、排氣及飽和處理，頂部蓋上活動蓋板27，將壓力傳動裝置23及荷載測量裝置25調整到適合加載的位置，然後對土體試樣施加一定的垂直荷載；上遊利用變水頭供水裝置逐漸增加水頭，模擬水庫土壩在蓄水期間不同水頭下的滲透作用，且打開一個溢流口 4的橡膠塞，在水頭差的作用下，水流經過透水板12，在箱型試驗槽15的土樣內形成滲流場；液位傳感器14採集箱型試驗槽15內不同位置土體的各個時刻的水頭數據；流量計21實時監測並記錄整個滲流發展、變形過程中的流量，注意觀察、記錄溢流口 4等的試驗現象，直至土樣發生滲流破壞，試驗停止；對施加的軸向壓力、測得水頭、流量等數據進行分析，得到相應的滲流場，以對水庫土壩滲流破壞發展過程進行表徵。
[0025]本實用新型能夠模擬壩體工程的滲流場變化，更貼近實際地再現壩體工程的滲透破壞的形成與發展。通過改變試驗槽上方靜力加荷裝置施加在試驗土樣上均勻軸向壓力的大小，可以模擬受不同軸向壓力下的壩體滲流破壞情況；通過改變試驗土樣類型，可以模擬均勻壩體、非均質壩體等水庫土壩工程中各類土壩的滲流破壞現象；通過施加不同形式的水頭差，可以模擬水庫土壩各種水力條件下的滲流破壞發展過程。它適用於壩體工程滲流與滲透破壞的研究，為實際壩體工程等施工、設計等提供指導，也可以作為巖土工程及水利工程學科的教學與科研實驗之用。
[0026]以上僅為本實用新型的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬於本實用新型的保護範圍。
【權利要求】
1.一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，包括箱型試驗槽(15)、變水頭供水裝置、軸向加壓裝置和數據收集裝置，所述的箱型試驗槽(15)與變水頭供水裝置相連，所述的軸向加壓裝置安裝在箱型試驗槽(15)的上部，所述的數據收集裝置與箱型實驗槽(15)相連。
2.根據權利要求1所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的箱型試驗槽(15)的一側的上部設有螺旋式進水口( 10)，所述的螺旋式進水口(10)通過進水橡膠軟管(11)與所述的變水頭供水裝置的出水口(5)相連。
3.根據權利要求2所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，在所述的箱型試驗槽(15)內部設有透水板(12)，所述的透水板(12)設在螺旋式進水口(10)的水流下遊位置。
4.根據權利要求3所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的數據收集裝置包括液位傳感器(13)、數據採集及傳輸元件(14)、流量計(21)和數據終端(22)，所述的液位傳感器(13)布置在箱型試驗槽(15)外側面的多個不同位置，所述的液位傳感器(13)通過數據採集及傳輸元件(14)與數據終端(22)相連接，所述的流量計(21)與數據終端(22)相連接。
5.根據權利要求4所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的箱型試驗槽(15)的另一側的底部設有溢水孔(19)，所述的溢水孔(19)通過出水橡膠軟管(20 )連接至所述的流量計(21)。
6.根據權利要求5所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，在所述的箱型試驗槽(15)的內部設有下遊透水板(17)，所述的下遊透水板(17)位於溢流孔(19)的水流上遊位置。
7.根據權利要求2或4所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的變水頭供水裝置包括進水閥(I)、進水管(2)、塑料水管(3)、溢流口(4)、出水口(5)、雙滑輪(6)、纜繩(7)、長木板(8)和可動支架(9)，所述的雙滑輪(6)固定在可動支架(9)上，所述的長木板(8)上設有刻度，所述的出水口(5)經進水橡膠軟管(11)與箱型試驗槽(15)的螺旋式進水口(10)相連。
8.根據權利要求7所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的軸向加壓裝置包括壓力傳動裝置(23)、負荷輸出裝置(24)、荷載測量裝置(25)、豎向位移測量裝置(26)、活動蓋板(27)和固定支架(28)，所述的活動蓋板(27)可縱向移動地設置在所述的箱型試驗槽(15)頂部，所述的活動蓋板(27)上方安裝了用於測量土體試樣豎向位移的豎向位移測量裝置(26)，所述的豎向位移測量裝置(26)與荷載測量裝置(25)連接，所述的荷載測量裝置(25)與負荷輸出裝置(24)的輸出端聯動連接，所述的固定支架(28)與箱型試驗槽(15)固定連接，所述的壓力傳動裝置(23)固定在所述的固定支架(28)的梁的中部位置，所述的壓力傳動裝置(23)與負荷輸出裝置(24)相連。
9.根據權利要求4所述的一種模擬水庫土壩滲流破壞發展過程的模型試驗裝置，其特徵在於，所述的數據終端(22)為計算機處理器，所述的數據採集及傳輸元件(14)為模數轉換器(A-D)及串口。
【文檔編號】E02B1/02GK203821294SQ201420071282
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年2月19日 優先權日:2014年2月19日
【發明者】凌煒, 袁磊, 周曉智 申請人:河海大學