CN110686993A - 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法 - Google Patents

一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110686993A
CN110686993A CN201911049357.8A CN201911049357A CN110686993A CN 110686993 A CN110686993 A CN 110686993A CN 201911049357 A CN201911049357 A CN 201911049357A CN 110686993 A CN110686993 A CN 110686993A
Authority
CN
China
Prior art keywords
erosion
dam
test
dam body
catcher
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911049357.8A
Other languages
English (en)
Inventor
段文刚
黄明海
黄卫
郭辉
杨金波
魏红艳
藤素芬
戴盼伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Original Assignee
Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission filed Critical Changjiang River Scientific Research Institute Changjiang Water Resources Commission
Priority to CN201911049357.8A priority Critical patent/CN110686993A/zh
Publication of CN110686993A publication Critical patent/CN110686993A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • G01N3/567—Investigating resistance to wear or abrasion by submitting the specimen to the action of a fluid or of a fluidised material, e.g. cavitation, jet abrasion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/02—Details
    • G01N3/06—Special adaptations of indicating or recording means
    • G01N3/068—Special adaptations of indicating or recording means with optical indicating or recording means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/06—Indicating or recording means; Sensing means
    • G01N2203/0641—Indicating or recording means; Sensing means using optical, X-ray, ultraviolet, infrared or similar detectors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)

Abstract

本发明提供一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，涉及坝堤溃决过程试验研究领域。本发明采用埋入式冲蚀位置捕捉器，以期对试验坝体内部冲蚀过程进行实时跟踪和监测。冲蚀位置捕捉器为轻型空心球体，外表涂抹不同颜色和编号，可方便被水流冲出和被摄像机识别捕捉。现有网格技术只能记录坝体表面的冲蚀扩展过程，而无法实时监测坝体内部的冲蚀过程，利用本发明可绘制不同时刻的坝体溃口三维形态图，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。坝体内部溃口形态是影响峰值流量的关键因素，本发明正好填补这项空白，并且实施方便，试验成本较低，便于推广应用。

Description

一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法
技术领域
本发明涉及坝堤溃决过程试验研究领域，具体是一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法。
背景技术
我国现有大坝总数超过9.8万座，居世界第一位，溃坝率亦居世界前列。我国堤防总长度超过42万km，其中5级以上的堤防占全国总堤防长度的66.6％，5级以下的堤防占全国总堤防长度的33.4％。当前，在地震、气候变化和人类活动多重影响作用下，堰塞坝形成和溃决事件发生频次显著增加。堰塞坝一旦溃决将形成极端洪水，最大瞬时流量可达120000m3/s，远大于该河段历史实测最大洪峰流量，从而严重威胁下游人民生命财产和工程安全。
坝堤溃决过程与溃决洪水演进预测是灾害风险评估、人员避险转移和应急处置方案制定的理论基础。如何快速准确地预测溃坝洪峰流量及其演进过程是风险处置的必须。这里存在以下关键科学问题：①坝堤何时溃决？②坝堤溃决机理、溃决历时、溃口断面及其发展过程？③溃口峰值流量多大？④溃坝洪水演进特性。何时何流量到达下游城镇或居民点、水利水电工程、交通桥梁设施等？坝堤溃决过程与其峰值流量密切相关，只有尽可能准确地模拟坝堤溃决过程，才能更准确地预测溃口洪峰流量，进而对下游洪水演进准确预测。坝堤溃决研究涉及水力学、土力学、泥沙运动力学、河床演变学等多门学科，近年来一直是国内外学者关注的焦点。其中，试验研究是揭示坝堤溃决机理和物理过程的主要手段，也是数值模拟研究的基础。
目前对复杂结构坝体溃决过程和机理的认识还非常有限，此外试验模拟条件和测试手段一直制约溃决过程的深入研究。目前，记录坝体溃决扩展过程主要采用网格+摄像技术，即在试验坝体上下游坝坡表面预先绘制网格，上下游分别架设摄像机，可实时记录坝体溃决在坡面的扩展过程，应该说较以往试验技术有了明显进步，但对坝体内部冲蚀过程却无法得知。应该指出的是，坝体冲蚀是个复杂的三维溃口形态不断演化的过程，坝体内部冲蚀过程和形态更是起着至关重要的作用，本发明专利技术正好可填补这个缺憾。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的为坝堤溃决室内试验和现场试验提供一种动态记录坝体内外冲蚀过程的方法，可绘制不同时刻的坝体溃口三维形态图，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，包括如下步骤：
步骤一、在试验坝体不同断面和高程预先埋设冲蚀位置捕捉器，所述冲蚀位置捕捉器为轻型空心球体，密度显著小于水，直径3-5cm，不同断面的冲蚀位置捕捉器涂抹不同颜色并进行编号；
步骤二、在试验坝体所在水槽上下游各架设摄像机；
步骤三、在试验坝体上下游坝坡表面绘制网格，试验过程中，坝体冲蚀发展到该部位时，冲蚀位置捕捉器被水流冲出从而被摄像机识别捕捉，摄像机识别捕捉的位置表示那一瞬时水流冲刷至某一部位某一高程，据此绘制不同时刻的溃口三维形态，重现被高含沙水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。
进一步的，所述冲蚀位置捕捉器为乒乓球，直径为4cm。
进一步的，步骤一中布设1～3个断面，每个断面埋设冲蚀位置捕捉器数量为10～30个。
本方法在现有网格+摄像技术基础上，采用埋入式冲蚀位置捕捉器，预先埋设于试验坝体不同断面和高程，以期对坝体内部的冲蚀过程进行动态记录，捕捉器为轻型空心球体，直径约4cm，外表涂抹不同颜色并进行编号，可方便被水流冲出和被摄像机捕捉。试验过程中，坝体冲蚀发展到该部位时，冲蚀位置捕捉器即被水流携带而冲出，此时恰好被高速摄像机记录捕捉，表明此瞬时坝体冲蚀发展至该部位。两只捕捉器之间的间隔可用插值法获得，据此可绘制不同时刻的溃口三维形态图，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。本发明通过采用“埋入式冲蚀位置捕捉器”动态记录，辅以网格和上下游固定点高清摄像技术，可实时准确记录溃口垂向冲蚀下切和横向扩展过程。
附图说明
图1(a)为本发明其中一种冲蚀位置捕捉器的示意图，图1(b)为本发明另外一种冲蚀位置捕捉器的示意图；
图2为本发明在试验坝体预先埋入冲蚀位置捕捉器后的结构示意图；
图3为本发明在溃坝试验水槽上下游架设摄像机的示意图；
图4(a)为本发明在试验坝体上下游坝坡表面绘制网格后的示意图；图4(b)为本发明溃坝试验开始时冲蚀位置捕捉器被摄像机捕捉记录示意图；图4(c)为本发明溃坝试验过程中冲蚀位置捕捉器被摄像机捕捉记录示意图；
图5为本发明绘制的溃口冲蚀三维形态图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明提供一种动态记录坝堤内部冲蚀过程的试验方法，其在试验坝体内预先埋入冲蚀位置捕捉器，辅助以上下游高清摄像机，以期对坝体内部冲蚀过程进行实时监测。冲蚀位置捕捉器为轻型空心球体，外表涂抹不同颜色并进行编号，可方便被水流冲出和被摄像机识别捕捉。试验过程中，坝体冲蚀发展到该部位时，冲蚀位置捕捉器即被水流携带而冲出，此时恰好被高清摄像机识别记录捕捉，表明此瞬时坝体冲蚀发展至该部位，据此可绘制不同时刻的溃口三维形态，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。
冲蚀位置捕捉器特性：空心轻型球体，质量轻，密度显著小于水，容易被水流冲出并且易漂浮于水面。
冲蚀位置捕捉器尺寸：室内试验直径4cm为宜(现场试验尺寸可加大至10cm)，直径过大影响试验精度，直径过小则不易被摄像机识别捕捉。
冲蚀位置捕捉器颜色：优先采用白色和橙色，在试验浑水中易于被摄像机识别记录捕捉。
本发明实施例提供一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，包括如下步骤：
步骤一、在试验坝体不同断面和高程预先埋设冲蚀位置捕捉器，所述冲蚀位置捕捉器为轻型球体，密度显著小于水，直径4cm，不同断面的冲蚀位置捕捉器涂抹不同颜色并进行编号。
如图1(a)和图1(b)所示为冲蚀位置捕捉器。试验为方便起见，可直接选用从市场上购置的白色和橙色数字乒乓球来用作冲蚀位置捕捉器。标准的乒乓球直径4cm、重量2.7g，并预先编号。如自行研制或选用其他物品替代，则应遵照前述关于捕捉器特性、尺寸和颜色的约定。
在试验堆筑坝体过程中，将冲蚀位置捕捉器布设在预定的高程和断面，一般布设1～3个断面，捕捉器数量10～30个为宜，如图2所示。
步骤二、在试验坝体所在水槽上下游各架设摄像机，如图3所示；
步骤三、在试验坝体上下游坝坡表面绘制网格(如图4(a)所示)，试验过程中，坝体冲蚀发展到该部位时，冲蚀位置捕捉器被水流冲出从而被摄像机识别捕捉(如图4(b)和图4(c)所示)，摄像机识别捕捉的位置表示那一瞬时水流冲刷至某一部位某一高程，据此绘制不同时刻的溃口三维形态(如图5所示)，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程，绘制时可采用辅助图像识别和插值等手段。
本发明具有如下有益效果：
(1)现有技术为网格+摄像技术，仅能观测溃口在坝坡表面的扩展过程，还未见到坝体内部埋设轻型位置捕捉器的报道，本发明通过在试验坝体内预先埋入冲蚀位置捕捉器，辅助以上下游高清摄像机，可以对坝体内部冲蚀过程进行实时监测；
(2)现有技术只能记录坝体表面的冲蚀扩展过程，而无法监测坝体内部的冲蚀过程，本发明可绘制不同时刻的坝体溃口三维形态图，重现被水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。事实上，坝体内部溃口形态是影响峰值流量的关键因素，本发明正好填补这项空白。
(3)本发明预先在试验坝体内埋入冲蚀位置捕捉器，捕捉器被水流冲出漂浮于水面从而被摄像机捕捉，实施方便，试验成本较低，便于推广应用。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、在试验坝体不同断面和高程预先埋设冲蚀位置捕捉器，所述冲蚀位置捕捉器为轻型空心球体，密度显著小于水，直径3-5cm，不同断面的冲蚀位置捕捉器涂抹不同颜色并进行编号；
步骤二、在试验坝体所在水槽上下游各架设摄像机；
步骤三、在试验坝体上下游坝坡表面绘制网格，试验过程中，坝体冲蚀发展到该部位时，冲蚀位置捕捉器被水流冲出从而被摄像机识别捕捉，摄像机识别捕捉的位置表示那一瞬时水流冲刷至某一部位某一高程，据此绘制不同时刻的溃口三维形态，重现被高含沙水流遮蔽的溃口扩展复杂的物理过程。
2.如权利要求1所述的动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，其特征在于：所述冲蚀位置捕捉器为乒乓球，直径为4cm。
3.如权利要求1所述的动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法，其特征在于：步骤一中布设1～3个断面，每个断面埋设冲蚀位置捕捉器数量为10～30个。
CN201911049357.8A 2019-10-31 2019-10-31 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法 Pending CN110686993A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911049357.8A CN110686993A (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911049357.8A CN110686993A (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110686993A true CN110686993A (zh) 2020-01-14

Family

ID=69114950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911049357.8A Pending CN110686993A (zh) 2019-10-31 2019-10-31 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110686993A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405931A (zh) * 2020-12-18 2021-09-17 长江勘测规划设计研究有限责任公司 动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置及方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001082934A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 破堤監視システム
CN102708227A (zh) * 2012-04-18 2012-10-03 国家测绘局卫星测绘应用中心 基于sph算法的洪水溃坝过程仿真方法与仿真系统
CN103544390A (zh) * 2013-10-18 2014-01-29 西南交通大学 基于元胞自动机的溃决洪水快速演进模拟分析方法
CN105606496A (zh) * 2015-12-11 2016-05-25 东北大学 一种模拟松散颗粒溃决过程的试验装置及试验方法
CN106290790A (zh) * 2016-08-17 2017-01-04 西南交通大学 可调多功能滑坡堵江及堰塞坝溃坝机制试验装置及其试验方法
CN106910248A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 青岛理工大学 一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法
CN108333182A (zh) * 2018-01-24 2018-07-27 重庆交通大学 高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法及捕捉设备
CN109403265A (zh) * 2018-10-16 2019-03-01 中国水利水电科学研究院 模拟漫顶溃决的试验装置及试验方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001082934A (ja) * 1999-09-16 2001-03-30 Sumitomo Electric Ind Ltd 破堤監視システム
CN102708227A (zh) * 2012-04-18 2012-10-03 国家测绘局卫星测绘应用中心 基于sph算法的洪水溃坝过程仿真方法与仿真系统
CN103544390A (zh) * 2013-10-18 2014-01-29 西南交通大学 基于元胞自动机的溃决洪水快速演进模拟分析方法
CN105606496A (zh) * 2015-12-11 2016-05-25 东北大学 一种模拟松散颗粒溃决过程的试验装置及试验方法
CN106290790A (zh) * 2016-08-17 2017-01-04 西南交通大学 可调多功能滑坡堵江及堰塞坝溃坝机制试验装置及其试验方法
CN106910248A (zh) * 2017-02-28 2017-06-30 青岛理工大学 一种尾矿坝洪水漫顶溃坝事故的情景构建方法
CN108333182A (zh) * 2018-01-24 2018-07-27 重庆交通大学 高压水射流冲击混凝土内部裂纹扩展捕捉方法及捕捉设备
CN109403265A (zh) * 2018-10-16 2019-03-01 中国水利水电科学研究院 模拟漫顶溃决的试验装置及试验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
段文刚等: "土坝漫顶冲蚀溃决过程和峰值流量试验研究", 《人民长江》 *
段文刚等: "无黏性土坝漫顶溃决过程及机理研究", 《长江科学院院报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113405931A (zh) * 2020-12-18 2021-09-17 长江勘测规划设计研究有限责任公司 动态监测堰塞体泄流槽冲刷过程的测量装置及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110686993A (zh) 一种动态记录坝堤内部冲蚀的试验方法
CN206873450U (zh) 一种用于海上风电导管架安装的水下灌浆监控装置
CN109281341B (zh) 一种多功能孔内检测反馈系统
CN208872301U (zh) 一种单轨式地铁隧道安全巡检机器人
CN106205000B (zh) 一种基于小型雷达的移动式输配电线路防外破监测方法
CN106405051A (zh) 旱涝急转下水库坝坡模拟试验装置及试验方法
CN205991862U (zh) 特殊地层环境条件下的渗漏连续监测实验装置
CN103734056A (zh) 自航式海洋牧场养殖装置
CN107369283A (zh) 一种基于图像识别的大洋锚系浮标预警系统与方法
CN108896615A (zh) 海岸带沉积层咸淡水交换原位电学监测方法及装置
CN104535126A (zh) 一种河道枯季流量测量系统和方法
Souza et al. Application of an operational storm coastal impact forecasting system
CN109855608B (zh) 一种水文洪痕监测装置
CN206096122U (zh) 旱涝急转下水库坝坡模拟试验装置
CN211954238U (zh) 一种新型海岛环境综合监测站
Browder et al. Performance of a submerged breakwater for shore protection
CN113834697A (zh) 深海可视液压驱动多管取样器
ISLAM et al. 2017 Typhoon Lan reconnaissance field survey in coasts of Kanto region, Japan
CN211607927U (zh) 一种三体式大型陷阱网笼
CN218781132U (zh) 消防栓智能监测装置
CN206611925U (zh) 一种地埋式自动升降牧草喷灌杆装置
CN212365166U (zh) 一种水土流失动态监测系统
CN210031673U (zh) 一种防渗型水利防洪堤
CN112146630A (zh) 基于定向摄影的近岸水文要素量测方法
CN112146631A (zh) 一种用于游荡型河流的近岸水文现场观测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200114

RJ01 Rejection of invention patent application after publication