一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法
2023-05-13 17:24:16
一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法，包括以下步驟：A、築壩；B、在水槽上遊位置處設置蓄水池、加熱水箱和調溫水箱，並用潛水泵輸送熱水至水槽中，在滲流演進過程中，適時補充上遊缺水以將上遊水位維持在60~70cm處；C、光纖連續測溫，D、分別降低上遊水位至50cm與40cm處，採用與步驟C中相同的測量方式，分別觀測120min；E、將測得溫度值與滲流量繪圖。本發明通過在傳統DTS系統中原本直的溫感光纖上繞束出多個測溫環以解決傳統DTS系統對於小尺寸模型壩體測解析度不夠的問題，提高了DTS系統中在小尺寸模型壩體的測溫精度。
【專利說明】一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方 法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法。
【背景技術】
[0002] 滲漏和管湧是土石壩破壞的主要原因，對壩體內溫度的監測是探測和識別滲流和 滲漏的有效手段，1989年Mendez等首先將光纖傳感器埋入混凝土結構中進行結構安全檢 測以來，各國學者進一步推動了該技術在土木、水利工程中的應用。近年以來，隨著大型水 利工程的建設和水利現代化的要求，分布式光纖溫度傳感技術已成功應用於大體積混凝土 溫度、裂縫監測，邊坡監測及面板堆石壩面板裂縫監測，分布式光纖溫度傳感系統可對數 十千米長度上的溫度實現空間解析度為lm甚至0. 5m的長期連續監測，且能準確定位。
[0003] 在檢測時，利用光在光纖中傳輸能產生拉曼散射的原理，分布式光纖測溫系 統（DTS)從主機雷射注入端向光纖內發射雷射，光脈衝引起光纖內分子熱振動，產生一 個比光源波長長的光，稱為斯託克斯（Stokes)光，和一個比光源波長短的光，稱為反斯 託克斯（Anti-Stokes)光，如圖1所示。當某點溫度發生變化時，光纖中的反斯託克斯 (Anti-Stokes)光光強會發生相應變化，根據Anti-Stokes與Stokes的光強比值就可以求 出該點的溫度，如下式，利用這一原理可以實現對光纖沿程溫度的分布式測量。
[0004]
【權利要求】
1. 一種用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法，包括以下特徵步驟： A、 在用於模擬實際河道的水槽底板上的預設位置處填築第一層沙土，並將DTS系統中 的溫感光纖呈S形蜿蜒敷設在所述第一層沙土上，在所述第一層沙土上覆蓋第二層沙土， 再將溫感光纖牽引到所述第二層沙土上以同樣的S形蜿蜒敷設，依次向上逐層構築直至模 型壩體築成，所述模型壩體內的溫感光纖在其長度方向上連續繞結成多個依次相連的測溫 環，每個測溫環內的溫感光纖舒展長度為3nTl0m，所述測溫環繞製成曲率均大於0且小於
0. ΟδπιπΓ1的多匝，相鄰測溫環之間的餘留溫感光纖長度不小於0. 5m，溫感光纖的一端連接 到測溫主機； B、 在水槽的上遊位置處設置蓄水池、加熱水箱和調溫水箱，所述加熱水箱和調溫水箱 通過管道相連，通過所述加熱水箱將水加熱至70°C，並將該70°C的熱水與室溫下的自來水 倒入調溫水箱中拌和到45°C?50°C，用潛水泵輸送至水槽中，在滲流演進過程中，適時補充 上遊缺水以將上遊水位維持在6(T70cm處； C、 光纖連續測溫，測量時間為lmin，共持續180mirT360min，同時，每隔lOmin觀測一次 測壓管水位與壩體滲透流量，其中壩體流量一次觀測3個樣本，採用定水量300mL並結合時 間的方式； D、 分別降低上遊水位至50cm與40cm處，採用與步驟C中相同的測量方式，分別觀測 120min ； E、 將測得溫度值與滲流量繪圖。
2. 根據權利要求1所述用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法，其特 徵在於：所述步驟E後還包括第二次對比試驗，包括以下步驟： F、 通過調溫水箱將水溫調配到40°C並輸送至水槽，持續作用180min，採用與步驟C中 相同的測量方式，獲取壩體溫度和流量； G、 利用土工布鋪設在壩體上遊，迅速抽空上遊熱水，並快速充入自來水，模擬庫水溫變 化作用； H、 分別控制上遊水位為60cm、5〇Cm與40cm，採用與步驟C中相同的測量方式，分別觀測 120min〇
3. 根據權利要求1或2所述用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法， 其特徵在於：所述測溫環模型試驗中選擇光纖段長為3m，並採用所述3m中的後1. 5m範圍 內的測溫平均值近似為測點溫度，所述測溫環扭疊且捆束成線條流暢的"8"字形，所述"8" 字形任意一處的曲率均小於0. 05mm、
4. 據權利要求1所述用於研究大壩滲流場與溫度場之間關係的模擬實驗方法，其特徵 在於：所述測溫環模型試驗中選擇光纖段長為3m，並採用所述3m中的後1. 5m範圍內的測 溫平均值近似為測點溫度，所述測溫環壓扁成橢圓形，所述橢圓形在其長軸兩端處的曲率 均小於〇· 05mm、
【文檔編號】G01N15/08GK104062216SQ201410100260
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年3月18日 優先權日:2014年3月18日
【發明者】谷豔昌, 王士軍, 周春煦, 段祥寶, 王宏, 徐小定, 謝羅峰 申請人:水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院