CN103114552A - 一种用于模拟管涌溃坝试验的土石坝 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，包括主要由土石物料堆筑成的坝体，在所述坝体的按照试验要求设定位置处铺设有可产生管涌通道的薄弱层，所述薄弱层内设有贯穿所述坝体的水管，在所述水管的管壁上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔，所述水管位于所述坝体的上游端设置有阀门。在试验时，可以通过在水管中注水对薄弱层形成冲刷，从而模拟并加速坝体内部管涌通道的形成。可以通过控制现场管涌试验开展的时间，避免试验中管涌通道形成时间无法控制，进而导致现场试验失败，甚至导致出现难以预料的突发性溃坝事件，引发生命财产损失。

Description

一种用于模拟管涌溃坝试验的土石坝

技术领域

本发明涉及一种土石坝，具体涉及一种在模拟管涌溃坝试验中用到的土石坝。

背景技术

我国已建水库大坝8.8万多座，小型塘坝640多万座，其中90%以上为土石坝。这些水库建设年代久远，许多都是当地农民自建，水文系列短，对水库防洪库容和泄洪能力估计不足，许多水库设计和建设标准低，一旦发生溃坝事故，将会给下游带来严重的灾难。据统计，土石坝溃坝事件中管涌溃坝比例高达29%，是土石坝溃坝的主要原因之一。

然而由于土石坝管涌溃决过程伴随着管涌通道的内部冲刷，内部通道坍塌等复杂过程，溃决过程具有强非线性、非恒定性，迄今管涌溃决过程预测依然非常困难。对于无粘性材料构筑的坝体，由于溃坝水流多为非恒定急变流，无粘性泥沙运移的控制方程在管涌内部冲刷过程中不适用。而对于粘性材料构筑的坝体，由于粘性土泥沙运移理论尚不成熟，因此，当前物理缩尺模型难以得到合理的管涌溃决过程。换言之，迄今开展的室内试验，大多无法很好的解决比尺问题，室内管涌溃坝试验成果更多是定性的成果，而非定量成果。开展现场大尺度管涌溃坝试验是迄今最为可靠的研究方法。

由于现场大尺度试验涉及到水库、下游行洪区场地使用，水库水源供应等问题，每次现场大尺度溃坝试验经费巨大，保证管涌溃决过程充分发展（初始管涌通道-通道扩宽-下游坝坡及坝顶下陷-溃决）是土石坝管涌溃决过程现场试验成败的关键。

因此，如果能提出一种在管涌溃坝试验开始后，能够形成管涌通道并最终发生管涌溃坝的试验用土石坝，那么对提高大尺度现场管涌试验成功率，掌握土石坝管涌溃坝机理具有重要的价值，也对推动我国溃坝水力学学科发展具有重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种在管涌溃坝试验开始后，能够稳定形成管涌通道并最终发生管涌溃坝的试验用土石坝。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，包括主要由土石物料堆筑成的坝体，其特征在于：在所述坝体内按照试验要求设定位置处铺设可产生管涌通道的薄弱层，所述薄弱层内设有贯穿所述坝体的水管，在所述水管的管壁上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔，所述水管位于所述坝体的上游端设置有阀门。

本发明的有益效果是：

本发明通过在土石坝的坝体内部拟发生管涌处设置有薄弱层和在薄弱层内设置水管。在试验时，可以通过对水管注水来形成对薄弱层的冲刷，从而模拟并加速坝体内部管涌通道的形成。在使用本发明中的土石坝之后可以有效避免在土石坝现场管涌试验时无法形成稳定渗流通道，无法形成管涌溃坝的风险，提高试验成功率，确保试验资料完整；并可控制现场管涌试验开展的时间，避免试验中管涌通道形成时间无法控制，进而导致现场试验失败，甚至导致出现难以预料的突发性溃坝事件，引发生命财产损失。

上述技术方案的完善和改进有：

为了保证水流均匀，防止管涌通道内因局部出水不畅而导致通道堵塞，导致试验失败，所述水管管壁上的通孔总面积与所述水管横断面面积之比小于1；另外，为保证通孔有足够的出水量，通孔总面积与所述水管横断面面积之比大于0.5。

为了增大管涌通道内水流渗透压力，确保管涌通道形成，所述水管位于所述坝体的下游端封闭。

为了防止水管的出水流速不均匀，所述水管的上游端的高程大于所述水管的下游端的高程，所述水管与水平面形成的夹角大于0度且小于7度。

为了有利于形成管涌通道，所述薄弱层主要由细砂或中砂铺设而成，所述薄弱层的厚度大于0.6m，且宽度大于1.5m。

为避免发生水从薄弱层的上游侧进入管涌通道，干扰试验进行，所述薄弱层在所述坝体的上游侧坡面的水管上游端处设置有厚度为0.5m的粘土覆盖层，覆盖层范围大于上游坝坡侧薄弱层范围。

附图说明

下面结合附图对本发明的用于模拟管涌溃坝试验的土石坝作进一步说明。

图1是本发明中用于模拟管涌溃坝试验的土石坝的横向剖面图。

图2是本发明中用于模拟管涌溃坝试验的土石坝的纵向剖面图。

图3是图1中A部的放大图。

图4是本发明中水管的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

根据图1、图2和图3所示，本发明包括坝体1。坝体1主要由土石物料在坝基上堆筑而成，坝体1顶部的高程为8m，坝上水位7.6m。

在试验方案中，预设出现管涌通道的位置在相对坝基的1m高处。因此在坝体1内的距离坝基1m高的位置处铺设有主要由砂构成的薄弱层2（当然也可以采用其它易在水流的冲刷作用下流失的材料铺设），薄弱层2的深度为0.6m，宽度为1.5m，砂子选细度模数2.2-1.6之间的细砂。

在薄弱层2内，埋设有一根直径为30cm的水管3，水管3沿坝体1的上、下游方向贯穿坝体1。

水管3的上游端的高程大于所述水管的下游端的高程，水管3与水平面形成的夹角应大于0度并小于7度，本实施例中为1度。

水管3下游端封闭，上游端采用阀门4封闭，必须要可随时打开。

为避免发生水从薄弱层2的上游侧进入管涌通道，干扰试验进行，薄弱层在坝体上游坡面的出口处设置厚度为0.5m的粘土覆盖层5，覆盖层高度为1m，宽度为2.2m, 覆盖层范围大于上游坝坡侧薄弱层范围。

如图4所示，水管3的管体上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔6，水管3管壁上的通孔6总面积与所述水管3横断面面积之比大于0.5且小于1，本实施例中为0.9。

实施例二

根据图1、图2和图3所示，本发明包括坝体1。坝体1主要由土石物料在坝基上堆筑而成，坝体1顶部的高程为8m，坝上水位7.6m。

在试验方案中，预设出现管涌通道的位置在相对坝基的1m高处。因此在坝体1内距离坝基1m高的位置处铺设有主要由砂构成的薄弱层2（当然也可以采用其它易在水流的冲刷作用下流失的材料铺设），薄弱层2的深度为0.6m，宽度为1.5m，砂子选细度模数2.2-1.6之间的细砂。

在薄弱层2内，埋设有一根直径为20cm的水管3，水管3沿坝体1的上、下游方向贯穿坝体1。

水管3的上游端的水平高度值大于所述水管的下游端的水平高度值，水管3与水平面形成的夹角应大于0度并小于7度，本实施例中为6度。

水管3下游端封闭，上游端采用阀门4封闭，必须要可随时打开。

为避免发生水从薄弱层2的上游侧进入管涌通道，干扰试验进行，薄弱层在坝体上游坡面的出口处设置厚度为0.5m的粘土覆盖层5，，覆盖层高度为1m，宽度为2.2m, 覆盖层范围大于上游坝坡侧薄弱层范围。如图4所示，水管的管体上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔6，水管3管壁上的通孔6总面积与所述水管3横断面面积之比大于0.5且小于1，本实施例中为0.8。

本发明的不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，包括主要由土石物料堆筑成的坝体，其特征在于：在所述坝体的按照试验要求设定位置处铺设有可产生管涌通道的薄弱层，所述薄弱层内设有贯穿所述坝体的水管，在所述水管的管壁上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔，所述水管位于所述坝体的上游端设置有阀门。

2.根据权利要求1所述用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，其特征在于：所述水管管壁上的通孔总面积与所述水管横断面面积之比大于0.5且小于1。

3.根据权利要求1所述用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，其特征在于：所述水管位于所述坝体的下游端封闭。

4.根据权利要求1所述用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，其特征在于：所述水管的上游端的高程大于所述水管的下游端的高程，所述水管与水平面形成的夹角大于0度且小于7度。

5.根据权利要求1-4之任一所述用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，其特征在于：所述薄弱层主要由细砂或中砂铺设而成，所述薄弱层的厚度大于0.6m，且宽度大于1.5m。

6.根据权利要求1-4之任一所述用于模拟管涌溃坝试验的土石坝，其特征在于：所述薄弱层在所述坝体的上游侧坡面水管上游端位置处设置有厚度为0.5m的粘土覆盖层，覆盖层范围大于上游坝坡侧薄弱层范围。

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