CN108717812B - 一种防汛抢险演练基地 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防汛抢险演练基地，设置在河道中的滩地上，防汛抢险演练基地包括围堤、演练水池、钢筋混凝土板墙和若干个演练项目；围堤设置在演练水池的外周，演练项目包括渗水散浸、管涌、漏洞、滑坡、漫顶、漫顶溃决、决口封堵和裂缝等常规险情；所有演练项目均设置在围堤上；每个演练项目均包括挡水部位、险情发生部位、钢筋混凝土板墙和排水区；其中，钢筋混凝土板墙用于将挡水部位和险情发生部位进行分隔。本发明能用于建设防汛抢险演练基地，并能带水模拟土质堤坝常见险情，效果逼真，提高队员的防汛抢险实战能力。同时，演练基地堤坝结构安全，演练时间可控，可重复进行各种险情的演练。

Description

一种防汛抢险演练基地
技术领域
本发明涉及水利工程及防灾减灾技术领域，特别是一种防汛抢险演练基地。
背景技术
随着全球气候变化的影响，极端天气呈现多发、重发的态势。我国幅员辽阔，江河纵横，水旱灾害频繁，近年来长江流域、珠江流域、太湖流域，包括东北的第二松花江流域和海河流域都相继发生了超标洪水，全国有2/3的国土面积和1/2的人口不同程度地受到洪水威胁，抗洪抢险、防灾减灾始终是关系人民群众生命财产安全和国家稳定的大事。
为有效应对汛期可能发生的各种自然灾害，最大程度减少人民群众生命财产损失，我国各省、市每年都举办一定规模的防汛抢险演练，以提高防汛抢险队伍的专业素质和实战能力，提升各地防灾减灾的技术水平。
现有防汛抢险演练，通常都是不带水演练，在平地上堆筑一条短土堤后，假定堤防发生某种险情，以不同的方法去抢护。这种演练由于无水，缺少模拟险情的仿真环境，不能引导防汛抢险技术人员正确识别险情，进而培养、提高他们的防汛抢险实战能力，训练效果一般，也很难满足防汛抢险实际工作需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种防汛抢险演练基地，该防汛抢险演练基地能用于建设防汛抢险演练基地，并能带水模拟土质堤坝常见险情，效果逼真，提高队员的防汛抢险实战能力。同时，演练基地堤坝结构安全，演练时间可控，可重复进行各种险情的演练。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种防汛抢险演练基地，设置在河道中的滩地上，防汛抢险演练基地包括围堤、演练水池、排水沟、钢筋混凝土板墙和若干个演练项目；围堤设置在演练水池的外周，排水沟设置在围堤的外周。
演练项目包括渗水散浸、管涌、滑坡、漫顶、漫顶溃决和裂缝；所有演练项目均设置在围堤上。
每个演练项目均包括挡水部位、险情发生部位、钢筋混凝土板墙和排水区；其中，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位和险情发生部位之间，用于将挡水部位和险情发生部位进行分隔；排水区用于险情发生部位的排水。
排水沟与每个演练项目的排水区相连通。
滑坡采用滑坡模拟试验装置进行演练；滑坡模拟试验装置包括固定钢板、排水滤管、加压装置、活动钢板、坡顶支撑、坡底支撑、滑坡动力装置和回收槽。
固定钢板倾斜固定设置，且坡比为1:1，固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触，坡顶支撑水平固定设置。
固定钢板上埋设有若干根排水滤管，每根排水滤管均与加压装置相连接；加压装置用于向每根排水滤管提供压力水，加压装置上设置有阀门。
活动钢板能在滑坡动力装置的驱动下转动，活动钢板的转动自由端朝向固定钢板的底端方向，活动钢板的铰接端与坡底支撑或坡底基础相铰接；坡底支撑水平固定设置在活动钢板铰接端的一侧。
回收槽为截面呈扇形的锥形槽体，回收槽包括弧面、斜面和竖向侧挡面。
斜面倾斜设置，且位于活动钢板的下方，斜面的顶端与活动钢板的铰接端相对应，斜面与水平面所呈的夹角为49～50°。
弧面的底端与斜面的底端相连接，弧面的顶端与固定钢板的底端相连接；活动钢板的转动自由端能沿弧面滑动；竖向侧挡面为扇形板，将弧面和斜面连接，形成顶部开口的锥形槽体。
当活动钢板转动至水平状态，土料堆放在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方，形成初始斜坡，初始斜坡的外坡比为1:2。
当活动钢板转动至斜面时，初始斜坡中的部分土料滑落至回收槽中，滑落后的坡体为滑落坡体，滑落坡体的外坡比为1:0.7。
滑坡动力装置包括双层气囊和充放气系统，充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气；双层气囊设置在活动钢板的下方，双层气囊的一端锚固在坡底支撑或坡底基础上，且锚固点位于铰接点的正下方。
双层气囊包括堆叠放置的内层气囊和外层气囊；内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触，外层气囊的底部与斜面相接触。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95～1倍，内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8～0.9倍。
漫顶溃决采用土坝漫顶溃决模型进行演练，土坝漫顶溃决模型包括由粘性土填筑而成的土坝本体，所述土坝本体包括上游坝肩、坝顶和下游坝肩，在上游设有用于对水位进行调节的控制闸门，在土坝本体的下游坝肩底部设有空腔层，空腔层内填充粉砂层，粉砂层的厚度由以下公式确定：
当下游坝肩底部失稳发生时必满足下式：
Ws+(h-Tv)αHwγw-(h-Tv)C＝0
式中，Ws为下游坝肩底部悬空处粘性土土块质量，h为坝高，Tv为下游坝肩底部粉砂层厚度，C为粘性土黏聚力，Hw为漫顶过流水深，γw为水体容重，α为下游坝肩边坡比；γs为土体容重。
演练项目还包括溃决封堵模拟，溃决封堵模拟采用钢木土石组合坝对决口进行封堵，钢木土石组合坝搭设在土坝本体前方的演练水池内，用于阻隔土坝本体。
裂缝采用诱发土体裂缝的模拟装置进行演练，诱发土体裂缝的模拟装置包括填土层、覆土层、支撑平台以及推力机构。
填土层包括垂直侧面、与垂直侧面相对的坡面、以及位于垂直侧面与坡面顶部的顶端平台；填土层的垂直侧面处设有钢板，钢板的底端位于填土层的下部，钢板的顶端与填土层的顶端平台平齐；填土层采用的是粉砂。
推力机构设于钢板的另一侧，推力机构能通过钢板对填土层均匀施加水平方向的推力；钢板与填土层能在推力机构的作用下发生水平方向的位移。
覆土层设于顶端平台上，覆土层采用的是粘性土；支撑平台埋设于覆土层中并对应于推力机构的上方；推力机构能沿水平方向推动填土层，并能发生相对于覆土层的水平位移。
推力机构包括水袋与水箱；水袋通过钢板水平作用于填土层的侧面；水箱设于水袋上方，水箱连通于水袋，调整水箱的水位能实现控制水袋对钢板的作用力。
当演练项目为渗水散浸、管涌、滑坡或裂缝中一种时，钢筋混凝土板墙呈L形，包括竖部和横部，竖部设置在挡水部位和险情发生部位之间，横部设置在险情发生部位的底部。
当演练项目为漫顶时，挡水部位的截面呈梯形，钢筋混凝土板墙呈钝角形，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位的顶部和外侧部。
当演练项目为漫顶溃决时，钢筋混凝土板墙为U形槽结构。
演练项目还包括漏洞模拟。
本发明具有如下有益效果：
1、能现场大尺度模拟渗流散浸、管涌、漏洞、滑坡、裂缝、漫顶、溃坝等险情，且险情均由演练水池蓄水诱发，发生的险情与实际情况一致，效果逼真。
2、所有的演练项目均布置于围堤上，也即实际挡水的土质堤坝上，挡水部位与险情发生部位均以钢筋混凝土板墙结构分隔，堤坝结构安全。
3、为使险情发生的时间可控，针对各险情出现的不同机理，采用不同的土料。对于渗流散浸和管涌险情，采用渗透系数大、抗渗透变形能力差的土料；对于漏洞、溃坝险情，采用抗冲蚀能力弱的土料；对于滑坡、裂缝险情，采用粘聚力小的土料。
4、为使抢险队员能进行带水抢险训练，增强实战性，抢险过程中，各险情一直存在，抢险结束后险情消失，抢护成功。
5、训练结束后，拆除抢险设备，恢复险情时破坏的土体，可多次重复训练。
附图说明
图1显示了本发明一种防汛抢险演练基地的结构示意图。
图2显示了本发明中渗水散浸模拟装置的结构示意图。
图3显示了本发明一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验装置滑坡前的结构示意图。
图4显示了本发明一种用于防汛抢险演练的滑坡模拟试验装置滑坡后的结构示意图。
图5显示了本发明中滑坡动力装置为双层气囊时的结构示意图。
图6显示了滑坡动力装置假设为单层气囊时的结构示意图。
图7为本发明土坝漫顶溃决模型下游边坡简化受力示意图.
图8为本发明土坝漫顶溃决模型的断面示意图。
图9为本发明土坝漫顶溃决模型的立体图。
图10为槽道的截面示意图。
图11为诱发土体裂缝模拟装置最初状态的结构示意图。
图12为诱发土体裂缝模拟装置发生水平位移后的结构示意图。
图13显示了渗流散浸、管涌、漏洞、滑坡或裂缝时的截面示意图。
图14显示了漫顶时的结构示意图。
图15显示了图9中漫顶溃决模型的横截面示意图。
图1至图2中有：
90.演练水池；91.围堤；92.排水沟；93.土坝漫顶溃决模型；94.钢木土石组合坝；95.滑坡模拟试验装置；96.漫顶模拟装置；97.漏洞模拟装置；98.渗水散浸模拟装置；99.管涌模拟装置；100.演练指挥台；101.诱发土体裂缝的模拟装置；102.钢筋混凝土板墙；103.水箱；104.草皮护坡；105.粘性土。
图3至图6中有：
10.固定钢板；11.排水滤管；20.加压装置；21.连接管；22.阀门；30.活动钢板；31.铰接点；40.土料；41.外坡；50.坡顶支撑；60.坡底支撑；70.滑坡动力装置；71.内气囊；72.外气囊；73.锚固点；80.回收槽；81.弧面；82.斜面。
图7至图10中有：
61.黏性土；62.粉砂；63.槽道；64.触发单元。
图11至图12中有：1.填土层；2.钢板；3.覆土层；4.支撑平台；5.垂直侧面；6.坡面；7.顶端平台；8.裂缝。
图13至图15中有：102.钢筋混凝土板墙；106.挡水部位；107.险情发生部位；108.集水池；63.槽道；65.溃决土体。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，一种防汛抢险演练基地，防汛抢险演练基地包括围堤91、演练水池90、排水沟92、钢筋混凝土板墙102、训练指挥台100和若干个演练项目。
围堤设置在演练水池的外周，排水沟设置在围堤的外周，训练指挥台和所有演练项目均设置在围堤上，演练项目包括渗水散浸、管涌、漏洞、滑坡、漫顶、漫顶溃决、滑坡、裂缝和溃口封堵等常规险情的模拟演练。
每个演练项目均包括挡水部位、险情发生部位、钢筋混凝土板墙和排水区；其中，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位和险情发生部位之间，用于将挡水部位106和险情发生部位107进行分隔；排水区用于险情发生部位的排水。
上述挡水部位也即为挡水堤坝。
如图13所示，当演练项目为渗水散浸、管涌、滑坡或裂缝中一种时，钢筋混凝土板墙102呈L形，包括竖部和横部，竖部设置在挡水部位和险情发生部位之间，横部设置在险情发生部位的底部。
如图14所示，当演练项目为漫顶时，挡水部位的纵截面呈梯形，钢筋混凝土板墙呈钝角形，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位的顶部和外侧部。漫顶后的水体在集水池108进行收集。
如图15所示，当演练项目为漫顶溃决时，钢筋混凝土板墙为U形槽结构。险情发生部位也即为溃决土体65。
排水沟与每个演练项目的排水区相连通。
上述演练项目，除裂缝模拟为本发明的首次创新外，其余均可采用常规模拟试验装置进行模拟演练。但本发明还对滑坡模拟和漫顶溃坝模拟进行了创新。
如图2所示，渗水散浸模拟采用渗水散浸模拟装置进行模拟，渗水散浸模拟装置包括水箱103、草皮护坡104、粘性土105和控制蝶阀等组成，演练部分(也即险情发生部位或迎水部分)与挡水部分(也即挡水部位或挡水堤坝或背水部分)以“L”形的钢筋混凝土板墙隔开，迎水部分为挡水土堤，背水部分为演练部分，演练土料采用粉土或粉细砂。演练方法：演练水池充水至设计水位，打开渗流散浸段控制蝶阀，堤后发生渗流散浸险情后，可同时进行反滤碎石压浸、导渗沟、褥垫土袋压浸等课目演练。
管涌模拟和漏洞模拟的装置与渗水散浸模拟装置基本相同，仅仅是管涌模拟装置中比渗流散浸模拟装置多一个增压设施。
管涌演练方法：开启增压设施内部水泵至管涌水位，打开控制蝶阀，堤后发生管涌险情后，可同时进行土工滤垫压浸、装配式围井、土围井等课目演练。
漏洞演练方法：打开漏洞段控制蝶阀，堤后发生漏洞险情后，可同时进行上游堵漏布封堵、下游压浸封堵、塌坑回填等课目演练。
漫顶模拟采用常规的漫顶模拟装置，漫顶模拟装置由钢筋混凝土导墙、护底、集水沟等构成。漫顶水位以下为土堤，以上为钢筋混凝土护底，护底上覆0.4m厚的粉质粘土，漫顶子埝最大挡水高度0.5m。演练方法：启动提水泵站，演练水池充水至漫顶水位，同时进行袋装土抢筑挡水子埝、吸水膨胀袋筑挡水子埝、充水管袋挡水子埝、装配式板坝挡水子埝、植桩抢筑子埝等课目演练。
如图3所示，滑坡模拟试验装置，包括固定钢板10、排水滤管11、加压装置20、活动钢板30、坡顶支撑50、坡底支撑60、滑坡动力装置70和回收槽80。
固定钢板倾斜固定设置，且坡比为1:1，固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触，坡顶支撑水平固定设置。
固定钢板上埋设有若干根排水滤管，每根排水滤管均与加压装置相连接。
加压装置通过连接管21与每根排水滤管相连接，用于向每根排水滤管提供压力水，加压装置上设置有阀门22，压力装置向排水滤管提供的压力水的水压力优选低于25kPa。
活动钢板能在滑坡动力装置的驱动下转动，活动钢板的转动自由端朝向固定钢板的底端方向，活动钢板的铰接端与坡底支撑或坡底基础相铰接，具有一个铰接点31。
坡底支撑水平固定设置在活动钢板铰接端的一侧。
回收槽为截面呈扇形的锥形槽体，回收槽包括弧面81、斜面82和竖向侧挡面。
斜面倾斜设置，且位于活动钢板的下方，斜面的顶端与活动钢板的铰接端相对应，斜面与水平面所呈的夹角为49～50°，优选为49.7°。
弧面的底端与斜面的底端相连接，弧面的顶端与固定钢板的底端相连接；活动钢板的转动自由端能沿弧面滑动；竖向侧挡面为扇形板，将弧面和斜面连接，形成顶部开口的锥形槽体。
如图3所示，当活动钢板转动至水平状态，土料堆放在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方，形成初始斜坡，初始斜坡的外坡比为1:2。
上述土料优选为粉砂，粉砂的渗透系数优选为i×10-4cm/s，i取1至9中的任一自然数。
如图4所示，当活动钢板转动至斜面时，初始斜坡中的部分土料滑落至回收槽中，滑落后的坡体为滑落坡体，滑落坡体的外坡比为1:0.7。
外摩擦系数随着土体含水量的增加是先增大后减小，即存在一个最优含水量，此时界面的外摩擦系数最大，当土体处于饱和状态时，外摩擦系数最小。本模型的破坏方式为沿土体与钢板接触面的滑动，其是否会发生滑坡破坏与外摩擦角具有重大关系，试验前通过钢板顶部的排水孔使得与钢板接触部位的土体处于饱和状态，从而更易实现滑坡。
上述滑坡动力装置优选有如下两种实施例。
实施例1：滑坡动力装置为千斤顶。
实施例2：滑坡动力装置，也即滑坡演练动力装置，包括双层气囊和充放气系统，充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气。
双层气囊设置在活动钢板的下方，活动钢板能沿回收槽中的弧面滑动，且滑动角度为0～50°，优选为49.7°。
回收槽还具有对活动钢板滑动角度进行限位的斜面，活动钢板与坡底支撑或坡底基础相铰接。
双层气囊的一端锚固在坡底支撑或坡底基础上，且锚固点73优选位于铰接点31的正下方。
如图5所示，双层气囊包括堆叠放置的内层气囊71和外层气囊72；内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触，外层气囊的底部与斜面相接触。
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95～1倍，内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8～0.9倍。
进一步，内层气囊和外层气囊的长度优选为活动钢板长度的0.988倍，内层气囊和外层气囊的宽度优选为活动钢板宽度的0.848倍。
图5中，a表示活动钢板的宽度，b表示双层气囊的宽度，c表示双层气囊的受力臂长度。
活动钢板与内气囊相接触的一侧和/或斜面与外气囊相接触的一侧优选覆盖有降低摩擦系数的材料；降低摩擦系数的材料优选为不锈钢板。
内层气囊和外层气囊的最大承压优选为1.0MPa。
本发明中双层气囊的设计，并不是单层气囊的简单叠加，是经过申请人多次重复试验及推算而得出的。
滑坡动力装置假设为单层气囊时，如图6所示，图6中，d表示单层气囊的宽度，e表示单层气囊的受力臂长度。
与单层气囊相比，本发明具有如下有益效果：
1.气囊承载压力小，安全运行系数提高。采用双囊结构后，双层气囊的囊体与活动钢板的接触面吻合性大幅提高，起降稳定性亦大幅提高。尤其是长度方向接触实际接触长度增加，使整个活动钢板的翻转对于抵抗上方覆土不均匀形成的受力不平衡能力大幅提升。
具体分析为：
如图6所示，单层气囊工作时伸张空间过大，与活动钢板的接触面不吻合，且接触面积过小，当单层气囊顶起活动钢板至水平位置时，其与活动钢板宽度方向接触面积只有1/3不到，而且位于力臂起点处；长度方向为活动钢板由于单层气囊充胀形成的圆弧，实际与活动钢板接触长度约为活动钢板长度2/3左右。
由上述计算，单层气囊与活动钢板实际接触面积约为活动钢板面积2/9左右，且由于力臂较短，而活动钢板受力则相反，由于覆土结构的原因，其受力重心偏向远端，故而单层气囊的实际承载压力更大，能达到0.6mpa，且极易形成偏压，气囊内压较大，气囊一旦承压不够发生爆炸，后果比较严重。
如图5所示，双层气囊与活动钢板宽度方向接触面积约占到3/5以上，其长度方向达到4/5以上，双层气囊的受力力臂位于活动钢板的中心附近，也即双层气囊与活动钢板实际接触面积约为活动钢板面积的一半，故而际承载压力小，气囊工作压力最大只要0.2mpa，大大减少安全运行风险，另外，双层气囊的最大承压能力增大，能达到1.0mpa。
2.气囊充气时间缩短。空载运行状态下由单层气囊的25分钟缩短到9分钟；活动钢板升至平衡位置(气囊内压为0.01MPa)，定位销锁死。实载运行状态下，由单层气囊的55分钟缩短到33分钟；活动钢板抬高至设定角度，定位销抽离，开始进行滑坡演练调试。
3.气囊囊内压力变小。空载运行状态下：气囊内压由单层气囊的0.1mpa减小到0.01mpa；活动钢板升至平衡位置，定位销锁死。实载运行状态下：气囊内压由单层气囊的0.6mpa减小到0.2mpa左右；活动钢板抬高至设定角度，定位销抽离，开始进行滑坡演练调试。
4.本发明双层气囊的设计，使密封提升，并防止了局部击穿的可能。
5.上述降低摩擦系数材料的增加以及铰接点与锚固点位置分离，故在双层气囊充胀过程中，尤其是活动钢板落入坑底后恢复至水平位置过程中，双层气囊囊体与活动钢板之间会形成位移摩擦，降低摩擦系数材料增加后，可使动作过程更流畅，且大幅降低由于摩擦导致的气囊磨损。
滑坡模拟试验方法，包括如下步骤。
步骤1，滑坡模拟试验装置搭建：堆砌截面为扇形的回收槽，回收槽包括弧面和斜面，斜面的倾斜角度为49～50°，优选为49.7°。固定钢板倾斜固定设置，且坡比为1:1，固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触，坡顶支撑水平固定设置；固定钢板上的排水滤管与加压装置相连接；加压装置中的阀门处于关闭状态；活动钢板的铰接端与坡底支撑或坡底基础相铰接，活动钢板在滑坡动力装置的作用下处于水平锁定状态，活动钢板的转动自由端与固定钢板的底部相接触。
本步骤中，滑坡动力装置优选为双层气囊和充放气系统，双层气囊处于充气状态，双层气囊的内压为0.2mpa。
步骤2，滑坡模型构建：在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方堆放土料，形成初始斜坡，初始斜坡的外坡比为1:2。
土料优选为粉砂，粉砂的渗透系数为i×10-4cm/s。非试验条件下，由于初始斜坡的边坡较缓缘且在固定钢板和活动钢板的支撑下具有足够的稳定性，不会发生滑坡。
步骤3，土料饱和：加压装置的阀门打开，通过排水滤管，向土料提供压力水，使与固定钢板相接触的土料处于饱和状态。
加压装置向土料的通水时间控制为30分钟左右，能使位于固定钢板上部2cm的土料处于饱和状态。粉砂的临界比降小于1，为防止粉砂发生渗透破坏，水压力应低于25kPa。
步骤4，滑坡模拟试验：活动钢板解除水平锁定状态，在滑坡动力装置的作用下向下转动，直至与回收槽的斜面相平行；在活动钢板转动的过程中，位于活动钢板上方的部分土料沿着回收槽的弧面以及活动钢板的上表面滑入回收槽中，形成滑坡；滑落后的坡体为滑落坡体，滑落坡体的外坡比为1:0.7。
模型下部的土体随活动钢板一起向下位移并在活动钢板向下转动一定角度后滑入回收槽，此时模型上部的土体处于临空状态也将发生沿滑动并滑入回收槽，即产生滑坡现象。在滑坡过程中，土体会向其滑动方向的两侧解体、崩解。滑移体的解体、崩解程度与构成滑移体的材料、结构和制备等因素有关。由于在活动钢板两侧筑有高于设计边坡的钢筋混凝土防护墙，且下滑的土体均滑入回收槽，故虽然滑体巨大，但不会造成人员伤亡。
步骤4中，通过控制滑坡动力装置的下降速度，进而控制滑坡速率，为防汛抢险演练提供一定的反应时间。
步骤5，滑坡防汛抢险演练：对滑坡险情进行堤顶削坡减载、堤脚植桩或滤水反压平台等课目演练。
步骤6，滑坡模型复原：活动钢板在滑坡动力装置的作用下，向上转动至水平状态并锁定，使位于回收槽内的土料离开回收槽，形成复原初始斜坡，对复原初始斜坡的外侧进行平整，使复原初始斜坡的外坡比为1:2。
滑坡试验完成后，采用千斤顶将活动钢板向上顶起，回收槽槽壁及底部同样砌有钢筋混凝土，弧面刚好允许活动钢板向下旋转，而斜面与活动钢板的最大向下旋转工况相契合。从而确保了几乎所有下滑土体都被顶出回收槽。待活动钢板再次回到水平位置，稍加平整外边坡后即可进行下一组滑坡实验。
本发明特别适用于土质边坡滑坡的演示，同时可供防汛机动抢险专业队伍开展滑坡灾害培训及滑坡灾害抢险演练。
土坝漫顶溃决模型中，坝体高度为1m，坝顶宽度0.5m，坝体长度2m，上游坡比可根据实际模拟情况调整，下游坡比1:2，坝体部位大部分采用黏性土填筑，仅在下游坡坝脚处采用黏聚力几乎为零的粉砂填筑。
考虑到黏性土较高的黏聚力特性，在漫顶溃坝初期，一般可假定除下游坡脚外土坝整体结构保持完整。由于漫顶水流会对下游边坡施加压力，此时下游边坡简化受力示意图如图7所示：
当下游坡脚失稳发生时必满足下式：
Ws+(h-Tv)αHwγw-(h-Tv)C＝0
式中，Ws为下游坝脚悬空处土块质量，h为坝高，Tv为下游坝脚处粉砂层厚度，C为土体黏聚力，Hw为漫顶过流水深，γw为水体容重，α为下游边坡比。
因此，可通过下式确定下游坝脚处的粉砂层的厚度：
其中γs为土体容重。
所述坝顶上设有连接上游坝肩和下游坝肩的通槽，通槽深度为10cm。
为防止在试验未开始时发生漫顶，同时方便试验时调节水位，上游设计控制闸门。
当水位达到预定漫顶高度，在漫顶水流冲刷作用下，下游坝脚处的粉砂首先被水流冲刷带走，然后下游坝段发生沿水流方向的倾倒式破坏，随漫顶后水流流速的增大，溃口宽度和深度不断扩展，坝体逐渐发生横向倾倒式的扩展破坏，最终完全溃坝。
进一步的，为了加快溃坝发生的时间和增加演练效果的逼真性，所述土坝本体上设有溃口，所述溃口为设置在坝顶上的上部开口通槽，所述通槽连接上游坝肩和下游坝肩。作为优选实施例，所述通槽的截面呈倒梯形。倒梯形断面过水面积大，断面稳定。
作为本发明用于防汛机动抢险演练的土坝漫顶溃决模型的另一优选实施例，为了进一步更加真实的模拟现实情况，所述土坝本体内部设有加快土坝本体溃坝的触发单元。作为触发单元的第一个实施例，所述触发单元为在土坝本体内部布置的若干个石块。作为触发单元的第二个实施例，所述触发单元为在土坝本体内部布置的若干个小气囊。
作为本发明用于防汛机动抢险演练的土坝漫顶溃决模型的一个优选实施例，所述上游坝肩的坡比为1：1.5，下游坝肩的坡比为1：2。
如图11-12所示，诱发土体裂缝的模拟装置，包括填土层1、覆土层3、支撑平台4以及推力机构。
填土层1铺设的为粉砂，本实施例中，填土层1底部的总长度为6.5m，能发生在推力机构作用下能发生水平位移的距离为0.3m；填土层1的整体高度为2.5m。
填土层1包括垂直侧面5，垂直侧面5处设有钢板2，钢板2的底端位于填土层1的下部，具体的钢板2的底端距填土层1的底部有0.5m；钢板2的顶端与填土层1的顶端平齐；填土层1在与推力机构相对的一面为坡面6；坡面6的坡度为1/2。
推力机构设于钢板2的另一侧，并能通过钢板2对填土层1水平方向施加均匀的推力；在推力机构的作用下，钢板2与粉砂能发生水平方向的位移；本申请中推力机构采用的为千斤顶，由于钢板2的作用使得千斤顶施加的水平方向的作用力能均匀分布于填土层1的垂直侧面；或者，推力机构包括水袋与水箱；水袋通过钢板2水平作用于填土层1的垂直侧面；水箱设于水袋上方，水箱连通于水袋，调整水箱的水位能实现控制水袋对钢板2的作用力。
覆土层3铺设的为粘性土，覆土层3的高度为0.6m；粘性土覆盖于填土层1的顶端平台7(顶端平台7位于垂直侧面5与坡面6的顶端)；支撑平台4埋设于覆土层3中并对应于推力机构的上方；推力机构能沿水平方向推动填土层1，并能发生相对于覆土层3的水平位移。
诱发土体裂缝的模拟装置的模拟方法，包括如下步骤：
S1、垂直设置钢板2，在钢板2的底部以及钢板2的一侧铺设粉砂，粉砂在相对于钢板2的另一侧具有1/2的坡度；在钢板2的另一侧设置推力机构，推力机构的施力方向垂直于粉砂的高度方向。
S2、在粉砂的顶端铺设粘性土，粘性土的厚度为粉砂能发生水平位移的2倍；覆土层3的厚度为60cm，填土层1发生水平位移为30cm。
S3、推力机构沿水平方向对粉砂施加水平方向的作用力，粉砂对应于钢板2的一端沿力的方向发生水平位移；
S4、观察覆土层3的裂缝8产生情况。
综上所述，本发明能够模拟渗流散浸、管涌、漏洞、滑坡、裂缝、漫顶、溃坝等土质堤坝各种常见的险情，效果逼真。另外，险情均布置于围堤上，演练部分与挡水土体分隔，演练结构安全可控。防汛抢险队员能进行带水抢险训练和大型综合演练，实战性强。进一步，演练结束后拆除抢险设备，可重复演练，恢复性好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种防汛抢险演练基地，其特征在于：设置在河道中的滩地上，防汛抢险演练基地包括围堤、演练水池、排水沟、钢筋混凝土板墙和若干个演练项目；围堤设置在演练水池的外周，排水沟设置在围堤的外周；
演练项目包括渗水散浸、管涌、滑坡、漫顶、漫顶溃决和裂缝；所有演练项目均设置在围堤上；
每个演练项目均包括挡水部位、险情发生部位、钢筋混凝土板墙和排水区；其中，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位和险情发生部位之间，用于将挡水部位和险情发生部位进行分隔；排水区用于险情发生部位的排水；
排水沟与每个演练项目的排水区相连通；
当演练项目为漫顶时，挡水部位的截面呈梯形，钢筋混凝土板墙呈钝角形，钢筋混凝土板墙设置在挡水部位的顶部和外侧部；
当演练项目为漫顶溃决时，钢筋混凝土板墙为U形槽结构；
裂缝采用诱发土体裂缝的模拟装置进行演练，诱发土体裂缝的模拟装置包括填土层、覆土层、支撑平台以及推力机构；
填土层包括垂直侧面、与垂直侧面相对的坡面、以及位于垂直侧面与坡面顶部的顶端平台；填土层的垂直侧面处设有钢板，钢板的底端位于填土层的下部，钢板的顶端与填土层的顶端平台平齐；填土层采用的是粉砂；
推力机构设于钢板的另一侧，推力机构能通过钢板对填土层均匀施加水平方向的推力；钢板与填土层能在推力机构的作用下发生水平方向的位移；
覆土层设于顶端平台上，覆土层采用的是粘性土；支撑平台埋设于覆土层中并对应于推力机构的上方；推力机构能沿水平方向推动填土层，并能发生相对于覆土层的水平位移。
2.根据权利要求1所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：滑坡采用滑坡模拟试验装置进行演练；滑坡模拟试验装置包括固定钢板、排水滤管、加压装置、活动钢板、坡顶支撑、坡底支撑、滑坡动力装置和回收槽；
固定钢板倾斜固定设置，且坡比为1:1，固定钢板的顶端与坡顶支撑相接触，坡顶支撑水平固定设置；
固定钢板上埋设有若干根排水滤管，每根排水滤管均与加压装置相连接；加压装置用于向每根排水滤管提供压力水，加压装置上设置有阀门；
活动钢板能在滑坡动力装置的驱动下转动，活动钢板的转动自由端朝向固定钢板的底端方向，活动钢板的铰接端与坡底支撑或坡底基础相铰接；坡底支撑水平固定设置在活动钢板铰接端的一侧；
回收槽为截面呈扇形的锥形槽体，回收槽包括弧面、斜面和竖向侧挡面；
斜面倾斜设置，且位于活动钢板的下方，斜面的顶端与活动钢板的铰接端相对应，斜面与水平面所呈的夹角为49～50°；
弧面的底端与斜面的底端相连接，弧面的顶端与固定钢板的底端相连接；活动钢板的转动自由端能沿弧面滑动；竖向侧挡面为扇形板，将弧面和斜面连接，形成顶部开口的锥形槽体；当活动钢板转动至水平状态，土料堆放在坡顶支撑、固定钢板、活动钢板和坡底支撑的上方，形成初始斜坡，初始斜坡的外坡比为1:2；
当活动钢板转动至斜面时，初始斜坡中的部分土料滑落至回收槽中，滑落后的坡体为滑落坡体，滑落坡体的外坡比为1:0.7；
滑坡动力装置包括双层气囊和充放气系统，充放气系统用于控制双层气囊的充气和放气；
双层气囊设置在活动钢板的下方，双层气囊的一端锚固在坡底支撑或坡底基础上，且锚固点位于铰接点的正下方；
双层气囊包括堆叠放置的内层气囊和外层气囊；内层气囊的顶部与活动钢板的底部相接触，外层气囊的底部与斜面相接触；
内层气囊和外层气囊的长度为活动钢板长度的0.95～1倍，内层气囊和外层气囊的宽度为活动钢板宽度的0.8～0.9倍。
3.根据权利要求1所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：漫顶溃决采用土坝漫顶溃决模型进行演练，土坝漫顶溃决模型包括由粘性土填筑而成的土坝本体，所述土坝本体包括上游坝肩、坝顶和下游坝肩，在上游设有用于对水位进行调节的控制闸门，在土坝本体的下游坝肩底部设有空腔层，空腔层内填充粉砂层，粉砂层的厚度由以下公式确定：
当下游坝肩底部失稳发生时必满足下式：
Ws+(h-Tv)αHwγw-(h-Tv)C＝0
式中，Ws为下游坝肩底部悬空处粘性土土块质量，h为坝高，Tv为下游坝肩底部粉砂层厚度，C为粘性土黏聚力，Hw为漫顶过流水深，γw为水体容重，α为下游坝肩边坡比；γs为土体容重。
4.根据权利要求3所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：演练项目还包括溃决封堵模拟，溃决封堵模拟采用钢木土石组合坝对决口进行封堵，钢木土石组合坝搭设在土坝本体前方的演练水池内，用于阻隔土坝本体。
5.根据权利要求1所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：推力机构包括水袋与水箱；水袋通过钢板水平作用于填土层的侧面；水箱设于水袋上方，水箱连通于水袋，调整水箱的水位能实现控制水袋对钢板的作用力。
6.根据权利要求1所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：当演练项目为渗水散浸、管涌、滑坡或裂缝中一种时，钢筋混凝土板墙呈L形，包括竖部和横部，竖部设置在挡水部位和险情发生部位之间，横部设置在险情发生部位的底部。
7.根据权利要求1所述的防汛抢险演练基地，其特征在于：演练项目还包括漏洞模拟。
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