CN105803998B - 专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置及触发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置及触发方法,属于水利工程技术领域。该触发装置设于预定溃口上，触发装置包括固定在预定溃口底部的门槛、分别固定在溃口两侧边壁上的两个门柱、门叶和设于门叶后方的木制连杆，连杆由横杆和一端向上垂直伸出门叶并与横杆制为一体的竖杆构成，门柱与门槛制为一体，门叶底部与门槛铰接，门叶设于两个门柱之间，两个门柱上均制有向下游方向的门柱外侧开口的凹槽，凹槽制有向柱体内部上方延伸的一个木制夹持腔。该触发装置及触发方法可以在溃坝模拟试验中简单、快速和方便的人工开启。

Description

专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置及触发方法

技术领域

本发明涉及一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置及触发方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

我国已建水库大坝9万多座，小型塘坝640多万座。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。

由于水库溃坝过程极其复杂，迄今采用坝体瞬时溃决假定作为溃坝洪水演进计算的边界条件依然是主要方法。由于缩尺影响等原因，迄今开展的室内试验，由于尺度过小，往往无法很好的解决比尺问题，室内试验成果更多是定性的成果，而非定量成果。开展现场大尺度溃坝试验是目前最为可靠的溃坝洪水研究方法之一。

据申请人了解，现场溃坝试验涉及现场水库及下游行洪区场地使用、水库水源供应等问题，试验成本高昂，且模型尺度大，洪水流量大，试验存在一定的危险性，对试验安全的要求高。因此，现场溃坝试验的触发设备必须可靠，但是，较大的水深会给闸门产生较大的压力，室内试验用小功率启闭设备难以满足要求。

同时，溃坝试验用设备不同于常规工程用水工设备，作为临时性设备，保证实用的同时，亦需要考虑试验成本。同时，溃坝试验用设备需要组装简单，安全可靠，开启快速方便。

另外，据申请人了解，现场溃坝试验瞬间全开的开启方式也不同于正常闸门的开启方式，依据比尺换算的现场坝体瞬间开启时间甚至在0.1s以内，尚无常规水工闸阀门可以实现类似功能，不能满足试验要求。

因此，为满足试验要求迫切需要，需要一种溃坝现场试验瞬间溃坝触发装置，实现对坝体瞬间溃决的模拟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种在溃坝现场模拟试验中简单、快速和方便的可以人工开启的专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置及触发方法。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之一是：一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，该触发装置设于预定溃口上，所述触发装置包括固定在溃口底部的门槛、分别固定在溃口左右两侧边壁上的两个门柱、门叶和设于门叶后方的木制连杆，所述连杆由横杆和一端向上垂直伸出门叶并与横杆制为一体的竖杆构成，所述门柱与门槛制为一体，所述门叶底部与门槛铰接，所述门叶设于两个门柱之间，两个门柱上均制有向溃口下游方向的门柱外侧开口的凹槽，所述凹槽制有向柱体内部上方延伸的一个木制夹持腔；当所述门叶竖起且横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内时，预定溃口上游的水库充水，所述门叶压紧在连杆上，所述横杆的两端与夹持腔通过水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持；当竖杆受到向下的力冲击时，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，所述门叶旋转开启。

本发明采用上述技术方案的有益效果是：通过在试验用水库的坝体预定溃口位置设置瞬间溃坝触发装置，触发装置包括门槛、两个门柱、门叶和木制连杆，连杆由横杆和竖杆构成，这样，将门叶竖起，同时将横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内，在预定溃口上游的水库充水后，既可以使得门叶压紧在连杆上，又使得横杆的两端与夹持腔通过水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持，安全可靠的锁紧本发明装置；当需要进行试验时，使用大锤向下锤击竖杆，连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，这样，本发明有效地利用了上游水库水体对闸门的水压力、连杆重力、彼此膨胀的木制横杆与夹持腔之间的摩擦力以及锤击力的相互关系，相比于常规闸门，省去了复杂、昂贵的启闭设备，大大地减化了触发装置结构型式，加快了试验的进度。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之二是：一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发方法，采用如权利要求1或2所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，包括以下步骤：

1）预备试验时，竖起所述门叶，将横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内，通过顶紧螺栓压紧横杆两端头并将连杆固定，连杆抵靠在门叶上；

2）随着预定溃口上游的水库充水，门叶压紧在连杆上，同时，横杆的两端与夹持腔被水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持，接着，将顶紧螺栓旋松；

3）开始试验时，用力锤击连杆顶端，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，触发试验。

上述技术方案的改进是：所述夹持腔上制有贯通的螺栓孔，所述螺栓孔上螺接有用于压紧横杆两端头的顶紧螺栓。

由于在夹持腔的螺栓孔上螺接有顶紧螺栓，可以在横杆的两端与夹持腔没有被水库中的水浸入膨胀时，增加连杆与夹持腔间阻力，防止连杆滑落，保证了本发明装置的安装。

上述技术方案的进一步改进是：所述顶紧螺栓由固定在螺栓孔上的固定部、压紧横杆端头的压紧部以及连接固定部和压紧部并可被外部冲击力冲击断裂的冲击断裂部组成；当竖杆受到向下的力冲击时，所述顶紧螺栓的冲击断裂部断裂，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，触发试验。

这样，在需要连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，触发试验时，不需要人员去将顶紧螺栓旋出，保证了人员的安全。

上述技术方案的再进一步改进是：所述凹槽底部设置斜坡。

这样，当用力锤击连杆顶端时，连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处沿斜坡滑出。

上述技术方案的变化之一是：所述连杆上设有减震垫。

连杆上设有减震垫，减小连杆对坝基冲击，同时防止门叶及连杆损坏，可反复利用。

上述技术方案的变化之二是：所述横杆、竖杆和门叶的厚度一致，所述凹槽位于所述门柱的2/3高度处，所述竖杆一端的顶部设有8mm厚钢板。

上述技术方案的变化之三是：所述连杆设有固定横杆和竖杆的斜撑杆。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明实施例专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置的结构示意图。

图2是图1的A部侧视放大图。

具体实施方式

实施例

本实施例的专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，如图1和图2所示，该触发装置设于预定溃口上，触发装置包括固定在预定溃口底部的门槛1、分别固定在预定溃口左右两侧边壁上的两个门柱2、门叶3和设于门叶后方的木制连杆4。

连杆4由横杆和一端向上垂直伸出门叶并与横杆制为一体的竖杆构成，门柱2与门槛1制为一体，门叶3底部与门槛1铰接，门叶3设于两个门柱2之间，两个门柱2上均制有向溃口下游方向的门柱外侧开口的凹槽5，凹槽5制有向柱体内部上方延伸的一个木制夹持腔6。

当门叶3竖起且横杆的两端从凹槽5的开口处向上滑入夹持腔6内时，预定溃口上游的水库充水，门叶3压紧在连杆4上，横杆的两端与夹持腔6通过水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持；当竖杆受到向下的力冲击时，连杆4依次从夹持腔6和凹槽5的开口处脱出，门叶3旋转开启。

本实施例的夹持腔6上制有贯通的螺栓孔，螺栓孔上螺接有用于压紧横杆两端头的顶紧螺栓7。

为了进一步保证人员的安全，本实施例的顶紧螺栓7由固定在螺栓孔上的固定部、压紧横杆端头的压紧部以及连接固定部和压紧部并可被外部冲击力冲击断裂的冲击断裂部组成；当竖杆受到向下的力冲击时，顶紧螺栓7的冲击断裂部断裂，连杆4依次从夹持腔6和凹槽5的开口处脱出，门叶3旋转开启，触发试验。

为了在用力锤击连杆顶端时，连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处顺利滑出并被抛离门叶3的倾倒半径外，以使得门叶3顺利旋转开启，凹槽5底部设置斜坡。

为了在用力锤击连杆顶端时，减小连杆对坝基冲击，同时防止门叶及连杆损坏，反复利用，连杆4上设有减震垫8。

本实施例的横杆、竖杆和门叶3的厚度一致，凹槽5位于门柱2的2/3高度处，竖杆一端的顶部设有8mm厚钢板9。连杆4设有固定横杆和竖杆的斜撑杆。

本实施例的一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发方法，采用如上述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，包括以下步骤：

1）预备试验时，竖起门叶3，将横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内，通过顶紧螺栓压紧横杆两端头并将连杆4固定，连杆4抵靠在门叶3上；

2）随着预定溃口上游的水库充水，门叶3压紧在连杆4上，同时，横杆的两端与夹持腔被水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持，接着，将顶紧螺栓旋松；

3）开始试验时，用力锤击连杆4顶端，连杆4依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶3旋转开启，触发试验。

实际试验时：水库库容为5000m³，试验坝体坝高为3m，坝长10m。需要利用该试验获取坝体瞬间溃决产生的溃口流量过程。经计算，该坝体产生部分溃决，预定溃口深度1m，预定溃口宽度1.2m。由于人工锤击力T _锤击有限，且要求连杆重量不能过重，因此，本发明有效地利用了上游水库水体对闸门的水压力、连杆重力、彼此膨胀的木制横杆与夹持腔之间的摩擦力以及锤击力的相互关系。连杆4采用木材，则G _杆=185N～200N，F _阻=706N，采用15磅的铁锤人工锤击连杆4顶端，估算获得的锤击力T _锤击=2400N，满足约束条件：G _杆＜F _阻＜T _锤击。

式中，G _杆为连杆总重量；F _阻为连杆在木制夹持腔6中的滑动摩擦阻力，F _阻=0.25μρgB_门H_门 ²；μ为连杆4与木制夹持腔6间的滑动摩擦阻力系数；ρ为水密度；g为重力加速度常数；B_门为门叶宽度。

考虑到连杆主体杆件与夹持腔均为木质材料，其滑动摩擦系数在0.2～0.5之间。初始无水压作用下以及横杆的两端与夹持腔6没有被水浸入膨胀以彼此紧密夹持时，连杆将自然下滑，脱出凹槽，为此在夹持腔6上制有贯通的螺栓孔，螺栓孔上螺接有用于压紧横杆两端头的顶紧螺栓7，增加连杆与夹持腔6间阻力，防止连杆滑落。

上述计算表明，连杆4的重量有较大的余地。因此，连杆4尺寸可加大，人工锤击力也有较大的富余，适用的溃坝现场试验模型溃口尺度也有较大余地。

本发明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。

Claims (8)

1.一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，该触发装置设于预定溃口上，其特征在于：所述触发装置包括固定在溃口底部的门槛、分别固定在溃口左右两侧边壁上的两个门柱、门叶和设于门叶后方的木制连杆，所述连杆由横杆和一端向上垂直伸出门叶并与横杆制为一体的竖杆构成，所述门柱与门槛制为一体，所述门叶底部与门槛铰接，所述门叶设于两个门柱之间，两个门柱上均制有向溃口下游方向的门柱外侧开口的凹槽，所述凹槽制有向柱体内部上方延伸的一个木制夹持腔；当所述门叶竖起且横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内时，预定溃口上游的水库充水，所述门叶压紧在连杆上，所述横杆的两端与夹持腔通过水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持；当竖杆受到向下的力冲击时，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，所述门叶旋转开启。

2.如权利要求1所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述夹持腔上制有贯通的螺栓孔，所述螺栓孔上螺接有用于压紧横杆两端头的顶紧螺栓。

3.如权利要求2所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述顶紧螺栓由固定在螺栓孔上的固定部、压紧横杆端头的压紧部以及连接固定部和压紧部并可被外部冲击力冲击断裂的冲击断裂部组成；当竖杆受到向下的力冲击时，所述顶紧螺栓的冲击断裂部断裂，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，触发试验。

4.如权利要求1、2或3所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述凹槽底部设置斜坡。

5.如权利要求4所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述连杆上设有减震垫。

6.如权利要求4所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述横杆、竖杆和门叶的厚度一致，所述凹槽位于所述门柱的2/3高度处，所述竖杆一端的顶部设有8mm厚钢板。

7.如权利要求4所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于：所述连杆设有固定横杆和竖杆的斜撑杆。

8.一种专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发方法，采用如权利要求2所述专用于溃坝现场试验中瞬间溃坝的触发装置，其特征在于包括以下步骤：

1）预备试验时，竖起所述门叶，将横杆的两端从凹槽的开口处向上滑入夹持腔内，通过顶紧螺栓压紧横杆两端头并将连杆固定，连杆抵靠在门叶上；

2）随着预定溃口上游的水库充水，门叶压紧在连杆上，同时，横杆的两端与夹持腔被水库中的水浸入膨胀并彼此紧密夹持，接着，将顶紧螺栓旋松；

3）开始试验时，用力锤击连杆顶端，所述连杆依次从夹持腔和凹槽的开口处脱出，门叶旋转开启，触发试验。