CN108562508A - 一种简易漫坝冲刷试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种简易漫坝冲刷试验装置及试验方法，涉及水电工程中漫坝冲刷试验测试部分。试验装置包括水压力室、漫流装置、坝体模块、供水系统，所述水压力室包括外管、中管以及内管，其功用是控制漫流装置压力水头处于一个稳定值；漫流装置模拟具有一定压力水头的用于漫坝冲刷的水流；坝体模块包括坝体、工作平台、坝体支撑和集水池，坝体、工作平台、坝体支撑固定于集水池中形成一个整体；供水系统为漫坝冲刷测试供给水源。本发明可模拟不同水压或者不同流量下的坝体冲刷试验，为坝体抗冲刷设计提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及水电工程领域的试验与测试部分，具体适用于一种简易漫坝冲刷试验装置及试验方法。
背景技术
众所周知，防洪能力不足的水电库区受上游降雨或者库区发生滑塌灾害等因素影响，可能发生水体漫坝险情，严重时可造成坝体溃决，威胁下游人民群众生命财产安全。为保证最不利条件下，即发生漫坝冲刷时，坝体不发生破坏、溃决，有效预测坝体漫坝冲刷是土石坝工程安全评估与灾害防控的重要内容。由于降雨或者库区发生滑塌等影响因素可能造成漫坝压力水头不同，坝体材料存在差异，坝型也可能不同，因此，有效的漫坝冲刷预测十分困难，测试技术同样有待发展。
然而截至目前，在漫坝冲刷测试试验研发方面，成果依旧十分有限。
现有的涉及冲刷试验的专利“一种降雨作用下尾矿坝漫坝模拟实验装置及实验方法（申请号：CN201610694213.8）”公开了一种降雨作用下尾矿坝漫坝模拟实验装置及实验方法，属于降雨作用下尾矿坝漫坝理论与实验技术领域，该专利主要是用于对降雨条件下地表径流对坡表冲刷的模拟，与水电工程灾害中的漫坝冲刷有本质区别。本发明专利用于模拟库区漫坝冲刷，其主要功能是用于模拟测试具有一定的压力水头的破坏性冲刷。
发明内容
本发明旨在为不同静水压力或者动水压力下以及不同流量下的坝体冲刷试验提供一种简易漫坝冲刷试验装置，可快速观测不同材料坝体在不同静、动水压力水头下的抗冲刷情况，省去了尾矿漫坝模拟真实现场的降雨条件和将坝体属性替换体换成真实材料的繁琐，省时省力，同时，其测试成果亦可为大坝抗冲刷设计提供依据。
为了实现上述技术目的，本发明通过下述方案实现：
一种简易漫坝冲刷试验装置，包括：供水系统和坝体模块，还包括设置在供水系统和坝体模块之间的水压力室和漫流装置，其中，
所述水压力室用于提供一个压力稳定的水头，包括由内而外依次嵌套设置的内管、中管以及外管，其中，内管、中管以及外管均开口朝上的竖向设置，并且内管、中管以及外管开口端的水平高度依次递增；中管和外管的底端封口，内管底端开口并且伸出中管和外管的底部设置；
供水系统的供水端设置于中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部；
内管底端通过水管和所述漫流装置相连，漫流装置底部槽口正对设置在坝体中间断面上，漫流装置的上表面延伸置坝体模块外侧面；
所述坝体模块包括坝体、工作平台以及坝体支撑，其中，坝体通过坝体支撑固定在工作平台上；坝体支撑为透明材料制成，在透明材料制成的坝体支撑上布置有面积一致的网格。
所述漫流装置包括一呈半封闭立方体结构的漫流槽以及一设置在所述半封闭立方体结构的漫流槽一侧的变截面连接通道。
所述水压力室中,内管截面形状为圆形,通过软管实现了与漫流槽上变截面连接通道的连接，软管中安置一水表。
所述水压力室中，内管的外壁和中管的内壁之间、中管的外壁和外管的内壁之间均设置有支撑。
所述坝体支撑的材料采用透明玻璃或透明塑料。
所述供水系统包括抽水泵和抽水管，其中，抽水管一端和抽水泵连接，另一端位于中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部。
所述水压力室中，外管的底部设有排水口。
所述坝体模块的底部设有集水池。
本发明还公开了一种基于所述简易漫坝冲刷试验装置的试验方法，供水系统将水注入中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室中，当水注满环形腔室时，由于内管的开口高度低于中管的开口高度，水会顺势注入内管中，由于水流速度足够快，水会很快溢入到外管内壁和中管外壁之间的环形腔室中，溢入外管的水通过外管底部的排水口排出；
由于坝体支撑为透明材料，并且，透明的坝体支撑内部设有面积一致的网格，可快速观测记录不同材料坝体的抗冲刷情况、冲刷形状及冲刷面积，还可以随时观测不同材质的坝体在不同流量和流速下以及不同压力水头下坝体被冲刷的变形情况，为大坝抗冲刷设计提供依据。
所述坝体模块的底部设有集水池，外管底部的排水口通过套管和集水池连接。
有益效果：
本发明具有以下优点和积极效果：
（1）本发明一种简易漫坝冲刷试验装置可用于测试不同静压力水头作用、动压力水头（以流量控制）下的漫坝冲刷情况；当进行不同静水压力水头或者动水压力水头下的坝体冲刷试验时，为开展相同压力水头下的坝体冲刷速率测试试验提供充分的条件，为实际工程中漫坝冲刷引起的坝体破坏预测提供有利的依据。
（2）本发明一种简易漫坝冲刷试验装置中坝体通过透明材料制作的坝体支撑固定在工作台上，坝体支撑上设有网格，实验人员可通过透明材料快速观测记录不同材料坝体的抗冲刷情况、冲刷形状以及根据网格数量估计测算冲刷面积，还可以随时观测不同材质的坝体（土坝、土石坝等）、不同流量和流速下以及不同压力水头下坝体被冲刷的变形情况，为大坝抗冲刷设计提供依据；
（3）本发明一种简易漫坝冲刷试验装置简构造简单，可拓展性强，可对漫流槽进行简单改造，如将漫流槽的软管下移至土坝体中间将其两侧进行固定，水压力室形成的压力水头即可用于土体渗透性能的测试。
附图说明
图1是简易试验装置的结构方框图；
图2是本装置漫流槽结构主视图；
图3是本装置漫流槽结构俯视图；
图4是本装置漫流槽结构侧视图；
图5是本装置水压力室结构主视图；
图6是本装置水压力室结构俯视图；
图7是本装置水压力室结构侧视图；
图8是本装置的坝体模块结构主视图；
图9是本装置的坝体模块结构俯视图；
图10是本装置的坝体模块结构侧视图；
图中：10-水压力室，11-外管；12-中管；13-内管；14-外管支撑；15-内管支撑；16-排水管；20-漫流装置；21-阀门；22-软管；23-水表；24-漫流槽；30-坝体模块；31-坝体；32-工作平台；33-坝体支撑；34-集水池；40-供水系统；41-抽水泵；42-抽水管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
如图1所示，本装置包括水压力室10、漫流装置20、坝体模块30、供水系统40；
供水系统40和坝体模块30之间设置水压力室10和漫流装置20，其中，所述水压力室10用于提供一个压力稳定的水头，包括由内而外依次嵌套设置的内管13、中管12以及外管11，其中，内管13、中管12以及外管11均开口朝上的竖向设置，并且内管13、中管12以及外管11开口端的水平高度依次递增；中管13和外管12的底端封口，内管13底端开口并且伸出中管12和外管11的底部设置。
供水系统40的供水端设置于中管13的内壁和内管13的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部。
内管13底端通过水管和所述漫流装置20相连，漫流装置20的目的在于保证水流的冲刷。漫流装置20底部槽口正对设置在坝体中间断面上，漫流装置20的上表面延伸置坝体模块30外侧面。
模拟坝体30包括坝体31、工作平台32、坝体支撑33、集水池34，坝体31、工作平台32和坝体支撑33固定于集水池34中形成一个整体。
供水系统40包括抽水泵41、抽水管42，其中，抽水管42一端和抽水泵41连接，另一端位于中管12的内壁和内管13的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部。
所述漫流装置包括一呈半封闭立方体结构的漫流槽以及一设置在所述半封闭立方体结构的漫流槽一侧的变截面连接通道。所述水压力室10中,内管13截面形状为圆形,通过软管实现了与漫流槽上变截面连接通道的连接，软管22处安置一水表23。本发明通过软管实现由漫流槽的变截面过渡到内管13的圆形截面，此措施可有效地控制不同截面的流水所产生的水头损失。
外管11中分别套有中管12和内管13，分别用外管支撑14和内管支撑15来实现固定，从而保证装置的稳定性。同时也在外管11底部预留了孔洞,同时可通过排水管16将多余的水排出到集水池34中，实现水的循环利用。
漫流槽24置于坝体31的上方，漫流槽24下界面置于坝体的一半处。
如图8、9、10 所示，坝体模块30包括坝体31，一种土质材料或者土石混合材料的坝体、工作平台32、坝体支撑33、集水池34；坝体31放置在工作平台32上，坝体支撑33固定在工作平台32中，工作平台32固定在集水池34中，保证坝体模块的稳定性，坝体支撑33置于坝体31两侧，起到围挡以及观测的作用，由此形成完整的坝体模块。
本发明一种所述简易漫坝冲刷试验装置的试验方法，供水系统40将水注入中管12的内壁和内管13的外壁之间间隔形成的环形腔室中，当水注满环形腔室时，由于内管13的开口高度低于中管12的开口高度，水会顺势注入内管13中，由于水流速度足够快，水会很快溢入到外管11内壁和中管12外壁之间的环形腔室中，溢入外管11的水通过外管11底部的排水口排出。
由于坝体支撑为透明材料，并且，透明的坝体支撑内部设有面积一致的网格，本实施例中，每一个网格的面积Δs=1cm2，透过玻璃可以随时观测不同材质的坝体，如土坝、土石坝等、不同流量和流速下以及不同压力水头下坝体被冲刷的变形情况，并可通过统计网格面积ΔS来估计坝体冲刷量，为大坝抗冲刷设计提供依据。
所述坝体模块30的底部设有集水池34，外管11底部的排水口通过套管和集水池34连接，实现水的循环利用。
Claims (10)
1.一种简易漫坝冲刷试验装置，包括：供水系统和坝体模块，其特征在于，还包括设置在供水系统和坝体模块之间的水压力室和漫流装置，其中，
所述水压力室用于提供一个压力稳定的水头，包括由内而外依次嵌套设置的内管、中管以及外管，其中，内管、中管以及外管均开口朝上的竖向设置，并且内管、中管以及外管开口端的水平高度依次递增；中管和外管的底端封口，内管底端开口并且伸出中管和外管的底部设置；
供水系统的供水端设置于中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部；
内管底端通过水管和所述漫流装置相连，漫流装置底部槽口正对设置在坝体中间断面上，漫流装置的上表面延伸置坝体模块外侧面；
所述坝体模块包括坝体、工作平台以及坝体支撑，其中，坝体通过坝体支撑固定在工作平台上；坝体支撑为透明材料制成，在透明材料制成的坝体支撑上布置有面积一致的网格。
2.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述漫流装置包括一呈半封闭立方体结构的漫流槽以及一设置在所述半封闭立方体结构的漫流槽一侧的变截面连接通道。
3.根据权利要求2所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述水压力室中,内管截面形状为圆形,通过软管实现了与漫流槽上变截面连接通道的连接，软管中安置一水表。
4.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述水压力室中，内管的外壁和中管的内壁之间、中管的外壁和外管的内壁之间均设置有支撑。
5.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述坝体支撑的材料采用透明玻璃或透明塑料。
6.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述供水系统包括抽水泵和抽水管，其中，抽水管一端和抽水泵连接，另一端位于中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室的上部。
7.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述水压力室中，外管的底部设有排水口。
8.根据权利要求1所述的简易漫坝冲刷试验装置，其特征在于，所述坝体模块的底部设有集水池。
9.一种基于权利要求1所述简易漫坝冲刷试验装置的试验方法，其特征在于，供水系统将水注入中管的内壁和内管的外壁之间间隔形成的环形腔室中，当水注满环形腔室时，由于内管的开口高度低于中管的开口高度，水会顺势注入内管中，由于水流速度足够快，水会很快溢入到外管内壁和中管外壁之间的环形腔室中，溢入外管的水通过外管底部的排水口排出；
由于坝体支撑为透明材料，并且，透明的坝体支撑内部设有面积一致的网格，可快速观测记录不同材料坝体的抗冲刷情况、冲刷形状及冲刷面积，还可以随时观测不同材质的坝体在不同流量和流速下以及不同压力水头下坝体被冲刷的变形情况，为大坝抗冲刷设计提供依据。
10.根据权利要求9所述的简易漫坝冲刷试验装置的试验方法，其特征在于，所述坝体模块的底部设有集水池，外管底部的排水口通过套管和集水池连接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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