CN101546491B - 一种堤坝三维渗流场导电液试验模型制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种用于堤坝三维渗流场研究的导电液模拟试验模型的制作方法，其特征是模型集地形、堤坝结构、量测点等布置为整体，不需作旋转、切割原型，即可满足实验要求。该模型通过上盖板进行测点和三维浸润面布置，解决了传统模型需穿越内部结构，采集浸润面高程和位势信息的缺陷，用条状不透水软质材料制作防漏圈，保证了模型导电液不渗漏和模型电场不失真。模型用常规材质制作，外观直观性强，试验测量和修补便利。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电液试验模型制作方法，特别涉及一种用于堤坝三维渗流场研究的导电液试验模型制作方法。
背景技术
利用导电液模拟技术研究堤坝三维渗流场问题是常用的基本手段之一。过去由于受到模型材料、制作方法、量测技术等条件限制，试验模型采用倒置、分割、倾卧等制作方法，以方便量测点布置和数据采集。这些模型的共同缺陷是为了适应量测要求，而不得不把原型在大地坐标中作不同程度空间旋转，因而，只能模拟不透水边界或不均匀层分界面形状规则、简单的堤坝结构，无法用其研究大量的几何形状及内部结构复杂的堤坝三维渗流场问题。
发明内容
本发明针对原有导电液模型的使用缺陷，开发一种不需旋转，可以适应复杂边界、内部结构以及多点信息自动测量的模型及其制作方法。
本发明的技术方案是：对原型不作任何诸如旋转、分割等改变，完全按实际几何状态以适当比例制作模型。
1)地形形状制作。根据模型比尺，选择大小适宜的正方形网格控制堤坝所在位置自然地形。用木质板材制成地形纵、横控制断面板，相叉组装成与实际地形完全相似的地形框架。用具有一定变形能力的绝缘材料覆于地形框架上，形成完整的地形连续面。
2)内部结构制作。内部结构主要指模拟不同渗透性能具有不同导电强度的导电液分区。选择不导电材料，按导电液各区分界面形状制成隔液板，在其上按一定密度镶嵌可连接各分区电场的细铜丝，安放在相应位置。
3)模型上部盖板制作。它的主要作用是正面固定多点量测传感器和作为模型高程测试基准面，反面用软质绝缘材料模拟浸润面、设止水圈。为了方便渗透浸润面修刮，提高调整其高程的控制精度，上部盖板做成可翻转式，即试验时，此板反面朝下，压盖在地形上；修刮时，将其提起与地形分离。盖板正面形式可采用阶梯型和边坡型两种。在测试水平面或倾斜面上，可随意布置测试浸润面电压和高程信息的测点传感器。
4)防漏圈制作。防漏圈用条状不透水软质材料制作，它是盖板下压地形，形成试验模型后，连接盖板反面不规则浸润面和不规则地形面，防止模型导电液外漏、电场信号失真的重要部件。
本发明的优点和效果：
1)改变了传统堤坝三维渗流场导电液模拟试验模型的制作模式，使制作的模型直观性强、实用面大；
2)通过上盖板进行测点和三维浸润面布置，解决了传统模型需穿越内部结构，采集浸润面高程和位势信息的缺陷；
3)保证了模型导电液不渗漏和模型电场不失真；
4)模型制作模式的改变，为利用现代信息自动采集技术，进行模型数据快速收集、分析、反馈，缩短试验周期提供了可能，也提高了试验精度。
附图说明：
附图为本发明结构剖面示意图。图中：
1.地形纵横隔板
2.地形表面
3.隔液板
4.上部盖板
5.上部盖板正面
6.感应器放置孔
7.轻质泡沫材料
8.橡皮泥
9.浸润面
10.感应测杆
11.防漏圈
12.导电液1
13.导电液2
具体实施例：
1)构建地形形状格板①(用木质板材制作)上部按地形坐标切割，下面取统一基底坐标。分别在纵向格板上部和横向格板下部抽槽后，将纵横向格板相互对槽嵌插，形成整体网格地形格板；覆盖在地形格板上的地形覆盖面②选择绝缘软布质材料，用环氧树脂液浸泡后，覆于地形格板上。覆盖时，应使每个网格表面平整光滑，避免树脂液在凹地处积留成块。
2)隔液板③用约5mm有机玻璃板材制成，其上按一定密度钻打梅花型排列1mm直径小孔，孔中嵌入导电铜丝，两端与有机玻璃板表面齐平，并注入氯肪液固定，之后用细纱纸打磨使导电铜丝完全裸露。根据隔液板放置位置，将其周遍裁剪成与地形或其它构筑物吻合接触形状，并用橡皮泥粘合。
隔液板结构制作要点：隔液板应保证分区界面上的细铜丝只导电不漏液，隔液板周边用绝缘粘剂做好与地形、其他内部构筑物的密封连接。堤坝内其他构筑物(如涵管、水平垂直排水设施等)，只要按照导电液模拟试验和设计要求制作按置即可。
3)上部盖板④一端用绞孔与地形相连，盖板正面⑤用有机玻璃板材(厚约15mm)制作，其上根据测量需要钻取感应器放置孔⑥(直径约5mm)，该面板要求平整，不易变形。反面沿边坡外侧用轻质泡沫材料⑦充填，内侧用一定厚度橡皮泥⑧按试验要求铺填成浸润面形状，各感应器测杆⑩穿过充填层和橡皮泥至浸润面⑨处。
上部盖板制作要点：因盖板承载多种试验材料和传感器，且又需重复翻转，因此，盖板结构应有一定抗扭、抗弯刚度，重量也应轻巧。应做好模拟浸润面的软质绝缘材料与盖板的粘附，以防试验时软质绝缘材料脱落。盖板正面尽可能不制成倾斜面，尽管这种形式真实感和直观性强，但对布置传感器不方便，且加工和安装难度也大。根据模型规模和试验需要，上部盖板可选用阶梯型或边坡型。阶梯型即选择几个堤坝下游坡面高度，向坡外延伸，制作成几个阶梯状测试水平面；边坡型即根据堤坝下游边坡实际形状进行外形制作成测试倾斜面。在测试水平面或倾斜面上，可随意布置测试浸润面电压和高程信息的测点传感器。测点传感器具有两大功能，一是利用传感器穿入盖板至浸润面位置的感应端头，采集传递浸润面位置电场位势信号；二是利用裸露在测试平面或斜面上的传感器长度，推算出每个传感器对应点的浸润面位置高程。
4)防漏圈
用约3-5cm宽的条状不透水软质材料制作，外表涂抹一定量凡士灵后，铺放在浸润面上，通过上盖板自然压重，形成与地形面相交的防漏圈。
防漏圈制作要点：防漏圈应选用具有很好弹性的泡沫海绵材料，能够适应多次重复的受压而恢复变形试验过程；在防漏圈材料外侧涂抹凡士灵，以防漏水，其数量以压盖后不被挤入模型溶液中为准。防漏圈位置选择在浸润面和地形面交界处，安放后要进行盖板压后密封效果注水试验。因防漏圈位置会随试验条件改变而发生移动，因此，绝不能用强粘材料将防漏圈与浸润面粘贴。
Claims (2)
1.一种堤坝三维渗流场导电液试验模型制作方法，所述模型由地形形状格板、地形覆盖面、隔液板、上部盖板和防漏圈组成，其特征是：
1)地形形状格板用木质板材制作，将纵横向格板相互对槽嵌插，形成整体网格地形格板，其上用环氧树脂液浸泡的绝缘软布质材料覆盖形成地形覆盖面；
2)用约5mm有机玻璃制作隔液板，其上按一定密度钻打梅花型排列1mm直径小孔，孔中嵌入两端完全裸露的导电铜丝，两端与有机玻璃板表面齐平，并注入氯肪液固定密封，之后用细纱纸打磨使导电铜丝完全裸露，根据隔液板放置位置，将其周边裁剪成与地形或其它构筑物吻合接触形状，并用橡皮泥粘合，隔液板应保证分区界面上的细铜丝只导电不漏液，隔液板周边用绝缘粘剂做好与地形、其他内部构筑物的密封连接；
3)用约15mm有机玻璃制作上部盖板，正面根据测量需要钻打感应器放置孔，反面充填轻质泡沫材料和橡皮泥，具体是沿边坡外侧用轻质泡沫材料充填，内侧用一定厚度橡皮泥按试验要求铺填成浸润面形状，感应测杆穿过充填层和橡皮泥至浸润面处；
4)用条状不透水软质材料制成防漏圈，外表涂抹一定量凡士林后，沿浸润面与地形面相交线铺放，通过上盖板自然压重，形成与地形面相交的防漏圈。
2.根据权利要求1所述的一种堤坝三维渗流场导电液试验模型制作方法，其特征是：所述防漏圈用泡沫海绵材料制作，并在外表涂抹凡士林。
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