CN107044105B - 模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，包括水槽、上游拱坝模型挡板和下游拱坝模型挡板，所述上游拱坝模型挡板和下游拱坝模型挡板设置于所述水槽内，所述上游拱坝模型挡板上游的水槽内设置至少两级库容，相邻两级库容之间通过设置能够调节库容容积的隔板隔开，所述水槽上方设置用于向所述水槽内注入水的注水装置，所述下游拱坝模型挡板上设置用于获取上游拱坝模型挡板洪水演进特性及其对下游的冲击及破坏特性的监测仪器。本发明结构简单，实验方案调整及优化较为方便，操作性与实用性强，可广泛使用于溃坝及梯级溃坝模型实验当中。
Description
技术领域
本发明涉及水力学模型实验设施技术领域，具体涉及一种用于梯级溃坝问题研究中模拟上游拱坝溃坝但下游大坝不发生溃坝、上游溃坝洪水对下游大坝产生冲击破坏的实验水槽装置。
背景技术
溃坝问题的模拟实验常会在水槽中进行，按照溃坝形式将溃坝分为瞬间全溃、瞬间部分溃、逐渐溃三大类。拱坝一旦发生溃坝事故，常属于瞬间全溃。如果瞬间全溃则洪水往往伴随洪峰流量大、流量过程剧烈、破坏力强、造成灾害巨大。目前，我国许多河流都先后进行了梯级开发。在取得较大的综合效益的同时，也应该警惕溃坝风险带来的危害。梯级坝群中，上游溃坝洪水对下游大坝的冲击及破坏、不同库容大小的上游水库溃坝对下游大坝影响程度的定量分析研究成果较少，亟待深入研究。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置；旨在能够模拟上游拱坝溃坝、下游拱坝不溃坝的情况之下，而通过实验获取上游溃坝洪水冲击下游大坝的梯级溃坝问题的数据。
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术方案：
一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，包括水槽、上游拱坝模型挡板和下游拱坝模型挡板，所述上游拱坝模型挡板和下游拱坝模型挡板设置于所述水槽内，所述上游拱坝模型挡板上游的水槽内设置至少两级库容，相邻两级库容之间通过设置能够调节库容容积的隔板隔开，所述水槽上方设置用于向所述水槽内注入水的注水装置，所述下游拱坝模型挡板上设置用于获取上游拱坝模型挡板洪水演进特性及其对下游的冲击及破坏特性的监测仪器。
为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
根据本发明的一个实施方案，所述上游拱坝模型挡板高度H1、下游拱坝模型挡板高度H2、水槽高度H3之间满足：H1≤H2≤H3。
根据本发明的另一个实施方案，所述库容设置为三级，用于分隔所述库容的隔板分为第一隔板和第二隔板。
根据本发明的另一个实施方案，所述水槽上设置用于插入隔板的隔板槽。
根据本发明的另一个实施方案，所述水槽宽度B为80-100cm；上游拱坝模型挡板高度H1为30-50cm，下游拱坝模型挡板高度H2为40-70cm，水槽高度H3为50-80cm；第一级隔板槽前库容长度L1为80-120cm，第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离L2为80-100cm，第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板之间距离L3为80cm，上游拱坝模型挡板和下游拱坝模型挡板之间距离L4为160-230cm。
根据本发明的另一个实施方案，所述上游拱坝模型挡板下部通过设置于所述水槽底部的轴承阻挡，所述上游拱坝模型挡板与支架装置活动连接，所述支架装置与设置于所述水槽上部的支撑杆连接。
根据本发明的另一个实施方案，所述支架装置上设置提手。
本发明还可以是：
根据本发明的另一个实施方案，所述注水装置为三角堰。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：
本发明的一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，具有：1)实现了坝前库容灵活变化、同时达到了节省实验时间和实验成本的目的；2)可模拟上游拱坝发生溃坝、下游拱坝不发生溃坝的情况，下游坝面布置监测仪器，研究上游溃坝洪水演进特性及其对下游的冲击及破坏，同一工况可重复操作，能够较为便捷的捕捉到常规手段难以获取的溃坝实验数据，制作原理简单、操作性强；3)不同部位预设隔板槽，隔板槽插入隔板可控制水库库容，制作原理简单、实用性较强；4)本梯级溃坝实验装置结构简单，实验方案调整及优化较为方便，操作性强，可广泛使用于溃坝及梯级溃坝模型实验当中。
附图说明
为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。
图1为根据本发明一个实施例的梯级溃坝实验装置剖视示意图。
图2为根据本发明一个实施例的梯级溃坝实验装置俯视示意图。
图3为图1所示梯级溃坝实验装置I-I剖面示意图。
图4为根据本发明一个实施例的实验水槽装置中插入一级隔板的效果示意图。
图5为根据本发明一个实施例的实验水槽装置中插入二级隔板的效果示意图。
图6为根据本发明一个实施例的实验水槽装置中不插入挡板的效果示意图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1—注水装置，2—第一隔板，3—第二隔板，4—支撑杆，5—提手，6—支架装置，7—上游拱坝模型挡板，8—轴承，9—下游拱坝模型挡板，L1—第一级隔板槽前库容长度，L2—第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离，L3—第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板之间距离，L4—上游拱坝模型挡板与下游拱坝模型挡板之间距离，B—水槽宽度，H1—上游拱坝模型挡板高度，H2—下游拱坝模型挡板高度，H3—水槽高度。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1～图6所示，一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，包括水槽、上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9，所述上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9设置于所述水槽内，所述上游拱坝模型挡板7上游的水槽内设置至少两级库容，相邻两级库容之间通过设置能够调节库容容积的隔板隔开，所述水槽上方设置用于向所述水槽内注入水的注水装置1，注水装置1可以采用三角堰等，注水装置1与注水系统连接，所述下游拱坝模型挡板9上设置用于获取上游拱坝模型挡板7洪水演进特性及其对下游的冲击及破坏特性的监测仪器。
上游拱坝模型挡板7高度H1、下游拱坝模型挡板9高度H2、水槽高度H3之间满足：H1≤H2≤H3。
再如图1-图6所示，以库容设置为三级为例，其用于分隔所述库容的隔板分为第一隔板2和第二隔板3。为了便于安装隔板，所述水槽上设置用于插入隔板的隔板槽。
本实验装置的部分尺寸优选如下，其水槽宽度B为80-100cm；上游拱坝模型挡板7高度H1为30-50cm，下游拱坝模型挡板9高度H2为40-70cm，水槽高度H3为50-80cm；第一级隔板槽前库容长度L1为80-120cm，第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离L2为80-100cm，第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板7之间距离L3为80cm，上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9之间距离L4为160-230cm。
如图2和图3所示，所述上游拱坝模型挡板7下部通过设置于所述水槽底部的轴承8阻挡，所述上游拱坝模型挡板7与支架装置6连接，所述支架装置6与设置于所述水槽上部的支撑杆4连接。所述支架装置6上设置提手5。即轴承8下端设置螺纹柱，水槽底部设置螺纹孔，轴承8通过其下端的螺纹柱旋入所述螺纹孔内，上游拱坝模型挡板7的下游一侧通过该轴承8进行阻挡，上游拱坝模型挡板7上部与支架装置6活动连接，即支架装置6可通过一阻挡部卡在所述上游拱坝模型挡板7上部，支架装置6与支撑杆4转动连接，在模拟溃坝的情况下，向上提支架装置6，支架装置6绕支撑杆4旋转，使支架装置6脱离上游拱坝模型挡板7，在模拟的洪水的冲击下，上游拱坝模型挡板7则发生溃坝。
实施例1
梯级溃坝实验装置结构如图1和图2所示，包括三角堰输水系统、水槽、隔板、上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9。水槽宽度B为80cm；上游拱坝模型挡板7高度H1为30cm，下游拱坝模型挡板9高度H2为40cm，水槽高度H3为50cm；第一级隔板槽前库容长度L1为80cm，第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离L2为80cm，第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板7之间距离L3为80cm，上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9之间距离L4为160cm。
在此情况下，插入不同隔板，上游水库库容可以分别为0.192m3、0.384m3、0.576m3。实验过程中，水库库容可以在三者之间变换，进而模拟不同库容条件下，定量分析上游拱坝溃坝对下游拱坝(不溃坝)的冲击破坏特性。
实施例2
水槽宽度B为100cm；上游拱坝模型挡板7高度H1为50cm，下游拱坝模型挡板9高度H2为70cm，水槽高度H3为80cm；第一级隔板槽前库容长度L1为120cm，第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离L2为100cm，第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板7之间距离L3为80cm，上游拱坝模型挡板7和下游拱坝模型挡板9之间距离L4为230cm。
在此情况下，插入不同隔板，上游水库库容可以分别为0.40m3、0.90m3、1.50m3。在不同上游水库库容条件下，定量分析上游拱坝溃坝对下游拱坝(不溃坝)的冲击破坏特性。
综上所述，传统溃坝实验中，往往通过修建不同库容的模型来分析库容大小对溃坝问题的影响，施工准备时间较长、实验方式复杂、实验成本较高。本发明所述新型实验水槽装置可达到坝前库容灵活变化、同时节省实验成本和时间的目的。本发明中上游坝前水位达到预设高度之后，人为控制实现上游拱坝溃坝、下游拱坝不发生溃坝。以此模拟上游溃坝洪水对下游拱坝的冲击及破坏情况，实验过程中，在下游拱坝坝面布置压力和水位等传感器，以捕捉瞬间的冲击水力特性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于包括水槽、上游拱坝模型挡板(7)和下游拱坝模型挡板(9)，所述上游拱坝模型挡板(7)和下游拱坝模型挡板(9)设置于所述水槽内，所述上游拱坝模型挡板(7)上游的水槽内设置至少两级库容，相邻两级库容之间通过设置能够调节库容容积的隔板隔开，所述水槽上方设置用于向所述水槽内注入水的注水装置(1)，所述下游拱坝模型挡板(9)上设置用于获取上游拱坝模型挡板(7)洪水演进特性及其对下游的冲击及破坏特性的监测仪器。
2.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述上游拱坝模型挡板(7)高度H1、下游拱坝模型挡板(9)高度H2、水槽高度H3之间满足：H1≤H2≤H3。
3.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述库容设置为三级，用于分隔所述库容的隔板分为第一隔板(2)和第二隔板(3)。
4.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述水槽上设置用于插入隔板的隔板槽。
5.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述水槽宽度B为80-100cm；上游拱坝模型挡板(7)高度H1为30-50cm，下游拱坝模型挡板(9)高度H2为40-70cm，水槽高度H3为50-80cm；第一级隔板槽前库容长度L1为80-120cm，第一级隔板槽与第二级隔板槽之间距离L2为80-100cm，第二级隔板槽与上游拱坝模型挡板(7)之间距离L3为80cm，上游拱坝模型挡板(7)和下游拱坝模型挡板(9)之间距离L4为160-230cm。
6.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述上游拱坝模型挡板(7)下部通过设置于所述水槽底部的轴承(8)阻挡，所述上游拱坝模型挡板(7)与支架装置(6)活动连接，所述支架装置(6)与设置于所述水槽上部的支撑杆(4)连接。
7.根据权利要求6所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述支架装置(6)上设置提手(5)。
8.根据权利要求1所述的模拟上游大坝溃坝对下游大坝产生冲击影响的实验装置，其特征在于所述注水装置(1)为三角堰。
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