CN112255158A - 一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法，其技术方案要点是：包括模型槽，所述模型槽的一侧设有进水槽，所述进水槽内壁与所述模型槽的内壁相互贴合，所述模型槽的一侧设有通槽，所述通槽与所述进水槽的一侧相连接，所述通槽内固定安装有透水板，所述模型槽的上方设有有机玻璃板，所述有机玻璃板通过玻璃胶固定在所述模型槽的上表面上，所述有机玻璃板的一侧设有管涌孔，所述模型槽内设有填充空腔，所述填充空腔与所述管涌孔相通，所述填充空腔的下方设有砂砾石填充层，该堤基管涌破坏模式实验方法中，便于调整细沙填充层和砂砾石填充层的厚度，进行对比试验，便于模拟各类堤基的管涌破坏现象，适用范围更广。
Description
技术领域
本发明涉水利工程物理模型试领域，具体涉及一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法。
背景技术
堤坝大多傍河而建,堤坝下游地面被基底承压地下水渗流顶穿冒水涌砂的现象，称为管涌，出口涌砂后渗流向上游冲蚀发展沿堤基逐渐形成集中渗流通道，当通道抵达上游时，还会在河水面发生漩涡，并将发生堤身下沉或裂缝而溃堤。大量洪灾资料表明，堤基管涌在堤防的破坏模式中发生率最高、危害性最大；
很多堤坝坐落在三层堤基上,这种堤基的典型特点是,自上而下依次由弱透水的表土层、细砂层和强透水的砂砾(卵)石层组成,与由表土层和砂层组成的双层堤基相比,汛期高水位时,由于强透水砂砾石层的存在,三层堤基背水侧表土层底部的承压水头更高,也更易发生管涌。目前对三层堤基管涌发展机理和管涌破坏水平平均临界比降的试验研究尚未见报道,因此很有必要开展相关的研究工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种堤基管涌破坏模式实验装置，包括模型槽，所述模型槽的一侧设有进水槽，所述进水槽内壁与所述模型槽的内壁相互贴合，所述模型槽的一侧设有通槽，所述通槽与所述进水槽的一侧相连接，所述通槽内固定安装有透水板，所述模型槽的上方设有有机玻璃板，所述有机玻璃板通过玻璃胶固定在所述模型槽的上表面上，所述有机玻璃板的一侧设有管涌孔，所述模型槽内设有填充空腔，所述填充空腔与所述管涌孔相通，所述填充空腔的下方设有砂砾石填充层，所述填充空腔的上方设有细沙填充层，所述细沙填充层位于所述砂砾石填充层的上方，所述细沙填充层上方设有弱透水表土层，所述弱透水表土层与所述有机玻璃板之间设有管涌通道，所述有机玻璃板上设有测压管。
优选的，所述模型槽的整体长度为280cm，宽度为80cm,高度为70cm。
优选的，所述有机玻璃板的长度为150cm,宽度为80cm，厚度为1.5cm，所述有机玻璃板通过玻璃胶密封在所述模型槽1的上表面上。
优选的，所述进水槽内设有进水室，所述管涌孔位于所述进水室的140cm处，所述管涌孔6的直径为5cm。
优选的，所述测压管设有若干组，若干组所述测压管均等距分布在所述有机玻璃板的上表面上。
优选的，所述管涌孔内设有橡胶塞，所述橡胶塞的圆周表面与所述管涌孔的内壁相啮合。
优选的，所述进水槽的外侧壁上设有用于测量进水室水位高度的刻度。
本发明还提供了一种堤基管涌破坏模式实验方法，具体方法如下；
S：按控制的干密度分层击实填筑的砂砾石填充层,以减少粗细分离,提高进水槽内的水位使其逐渐饱和,然后采用分层水下抛填法装填细沙填充层,最后将顶面抹平；
S：将有机玻璃板盖在模型槽的上表面上并且用玻璃胶进行固定密封，通过安装的多个测压管进行不同位置的压力测试，设有的管涌通道在试验前通过橡胶塞进行封闭；
S：实验时采用逐级升高进水室内水的高度的方式进行试验，等细沙填充层和砂砾石填充层渗透变形稳定后继续升高进水室内水的高度进行下一个水头试验，一直到管涌通道的水位与进水室内的水位相互连通为止；
S：试验的过程中渗透形变是否稳定的判别标准是通过测量和观察渗流量和测压管水位基本稳定，管涌孔水流清澈且没有砂粒带出，管涌通道内没有砂粒移动，管涌通道前端不再发展为止。
优选的，所述堤基管涌破坏模式实验时将待测压管稳定时拔出管涌孔上的橡胶塞，便于观察渗透状况，所述堤基管涌破坏模式实验中进行多次试验，所述实验过程中采用不同厚度的细沙填充层和砂砾石填充层进行对比试验，得出实验数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
该堤基管涌破坏模式实验装置中设有的模型槽便于砂砾石填充层、细沙填充层和弱透水表土层的放置，便于模拟堤基的结构，通过进水槽设置的进水室便于水的盛放，通过设有的有机玻璃板与模型槽的上表面上密封安装，防止外界因素对试验装置进行干扰，降低堤基管涌破坏模式实验的准确定，通过多个测压管均等距的分布在有机玻璃板，提高堤基管涌破坏模式实验的可靠性，通过进水槽的外侧壁上设有用于测量进水室水位高度的刻度，便于调整；该堤基管涌破坏模式实验方法中，便于调整细沙填充层和砂砾石填充层的厚度，进行对比试验，得出实验数据，便于模拟各类堤基的管涌破坏现象，适用范围更广。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的剖视结构示意图；
图中：1、模型槽；2、进水槽；3、通槽；4、透水板；5、有机玻璃板；6、管涌孔；7、填充空腔；8、砂砾石填充层；9、细沙填充层；10、管涌通道；11、测压管；12、进水室；13、弱透水表土层；14、橡胶塞。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图2，本发明提供一种堤基管涌破坏模式实验装置及方法，其中技术方案如下：
包括模型槽1，所述模型槽1的一侧设有进水槽2，所述进水槽2内壁与所述模型槽1的内壁相互贴合，所述模型槽1的一侧设有通槽3，所述通槽3与所述进水槽2的一侧相连接，所述通槽3内固定安装有透水板4，所述模型槽1的上方设有有机玻璃板5，所述有机玻璃板5通过玻璃胶固定在所述模型槽1的上表面上，所述有机玻璃板5的一侧设有管涌孔6，所述模型槽1内设有填充空腔7，所述填充空腔7与所述管涌孔6相通，所述填充空腔7的下方设有砂砾石填充层8，所述填充空腔7的上方设有细沙填充层9，所述细沙填充层9位于所述砂砾石填充层8的上方，所述细沙填充层9上方设有弱透水表土层13，所述弱透水表土层13与所述有机玻璃板5之间设有管涌通道10，所述有机玻璃板5上设有测压管11，该堤基管涌破坏模式实验装置中设有的模型槽1便于砂砾石填充层8、细沙填充层9和弱透水表土层13的放置，便于模拟堤基的结构，通过进水槽2设置的进水室12便于水的盛放，通过设有的有机玻璃板5与模型槽1的上表面上密封安装，防止外界因素对试验装置进行干扰，降低堤基管涌破坏模式实验的准确定，通过多个测压管11均等距的分布在有机玻璃板5，提高堤基管涌破坏模式实验的可靠性，通过进水槽2的外侧壁上设有用于测量进水室12水位高度的刻度，便于调整；
本实施例中，优选的，所述模型槽1的整体长度为280cm，宽度为80cm,高度为70cm，通过长度为280cm，宽度为80cm,高度为70cm大小的模型槽1便于该堤基管涌破坏模式实验的模拟。
本实施例中，优选的，所述有机玻璃板5的长度为150cm,宽度为80cm，厚度为1.5cm，所述有机玻璃板5通过玻璃胶密封在所述模型槽1的上表面上，通过长度为150cm,宽度为80cm，厚度为1.5cm大小的额机玻璃板5便于将模型槽1的上表面通过玻璃胶进行密封。
本实施例中，优选的，所述进水槽2内设有进水室12，所述管涌孔6位于所述进水室12的140cm处，所述管涌孔6的直径为5cm，设有的进水室12方便水的盛放，便于调节水位的高度。
本实施例中，优选的，所述测压管11设有若干组，若干组所述测压管11均等距分布在所述有机玻璃板5的上表面上，通过多组均等距分布在有机玻璃板5上的测压管11，提高测量压力的准确性，有利于提高该堤基管涌破坏模式实验的可靠性。
本实施例中，优选的，所述管涌孔6内设有橡胶塞14，所述橡胶塞14的圆周表面与所述管涌孔6的内壁相啮合，橡胶塞14是一种可逆形变的高弹性聚合物材料制成，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状，便于和管涌孔6的内壁相啮合，提高密封性能。
本实施例中，优选的，所述进水槽2的外侧壁上设有用于测量进水室12水位高度的刻度，通过设有的刻度便于调整水位的高度，方便试验进行对比，提高数据的真实性与可靠性。
一种堤基管涌破坏模式实验方法，具体方法如下；
S1：按控制的干密度分层击实填筑的砂砾石填充层8,以减少粗细分离,提高进水槽2内的水位使其逐渐饱和,然后采用分层水下抛填法装填细沙填充层9,最后将顶面抹平；
S2：将有机玻璃板5盖在模型槽1的上表面上并且用玻璃胶进行固定密封，通过安装的多个测压管11进行不同位置的压力测试，设有的管涌通道10在试验前通过橡胶塞14进行封闭；
S3：实验时采用逐级升高进水室12内水的高度的方式进行试验，等细沙填充层9和砂砾石填充层8渗透变形稳定后继续升高进水室12内水的高度进行下一个水头试验，一直到管涌通道10的水位与进水室12内的水位相互连通为止；
S4：试验的过程中渗透形变是否稳定的判别标准是通过测量和观察渗流量和测压管11水位基本稳定，管涌孔6水流清澈且没有砂粒带出，管涌通道10内没有砂粒移动，管涌通道10前端不再发展为止。
本实施例中，优选的，所述堤基管涌破坏模式实验时将待测压管11稳定时拔出管涌孔6上的橡胶塞14，便于观察渗透状况，所述堤基管涌破坏模式实验中进行多次试验，所述实验过程中采用不同厚度的细沙填充层9和砂砾石填充层8进行对比试验，得出实验数据。
本发明的工作原理及使用流程：
该堤基管涌破坏模式实验装置在使用的时候，通过模型槽1便于砂砾石填充层8、细沙填充层9和弱透水表土层13的放置，便于模拟堤基的结构，通过进水槽2设置的进水室12，便于水的盛放，通过有机玻璃板5与模型槽1的上表面上密封安装，防止外界因素对试验装置进行干扰，降低堤基管涌破坏模式实验的准确定，通过多个测压管11均等距的分布在有机玻璃板5，提高堤基管涌破坏模式实验的可靠性，通过进水槽2的外侧壁上设有用于测量进水室12水位高度的刻度，便于调整；该堤基管涌破坏模式实验方法中，通过采用逐级升高进水室12内水的高度的方式进行试验，等细沙填充层9和砂砾石填充层8渗透变形稳定后继续升高进水室12内水的高度进行下一个水头试验，一直到管涌通道10的水位与进水室12内的水位相互连通为止，便于调整细沙填充层9和砂砾石填充层8的厚度，进行对比试验，得出实验数据，便于模拟各类堤基的管涌破坏现象，适用范围更广。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种堤基管涌破坏模式实验装置，包括模型槽(1)，其特征在于：所述模型槽(1)的一侧设有进水槽(2)，所述进水槽(2)内壁与所述模型槽(1)的内壁相互贴合，所述模型槽(1)的一侧设有通槽(3)，所述通槽(3)与所述进水槽(2)的一侧相连接，所述通槽(3)内固定安装有透水板(4)，所述模型槽(1)的上方设有有机玻璃板(5)，所述有机玻璃板(5)通过玻璃胶固定在所述模型槽(1)的上表面上，所述有机玻璃板(5)的一侧设有管涌孔(6)，所述模型槽(1)内设有填充空腔(7)，所述填充空腔(7)与所述管涌孔(6)相通，所述填充空腔(7)的下方设有砂砾石填充层(8)，所述填充空腔(7)的上方设有细沙填充层(9)，所述细沙填充层(9)位于所述砂砾石填充层(8)的上方，所述细沙填充层(9)上方设有弱透水表土层(13)，所述弱透水表土层(13)与所述有机玻璃板(5)之间设有管涌通道(10)，所述有机玻璃板(5)上设有测压管(11)。
2.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述模型槽(1)的整体长度为280cm，宽度为80cm,高度为70cm。
3.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述有机玻璃板(5)的长度为150cm,宽度为80cm，厚度为1.5cm，所述有机玻璃板(5)通过玻璃胶密封在所述模型槽(1)的上表面上。
4.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述进水槽(2)内设有进水室(12)，所述管涌孔(6)位于所述进水室(12)的140cm处，所述管涌孔(6)的直径为5cm。
5.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述测压管(11)设有若干组，若干组所述测压管(11)均等距分布在所述有机玻璃板(5)的上表面上。
6.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述管涌孔(6)内设有橡胶塞(14)，所述橡胶塞(14)的圆周表面与所述管涌孔(6)的内壁相啮合。
7.根据权利要求1所述的一种堤基管涌破坏模式实验装置，其特征在于：所述进水槽(2)的外侧壁上设有用于测量进水室(12)水位高度的刻度。
8.一种堤基管涌破坏模式实验方法，其特征在于：具体方法如下；
S1：按控制的干密度分层击实填筑的砂砾石填充层(8),以减少粗细分离,提高进水槽(2)内的水位使其逐渐饱和,然后采用分层水下抛填法装填细沙填充层(9),最后将顶面抹平；
S2：将有机玻璃板(5)盖在模型槽(1)的上表面上并且用玻璃胶进行固定密封，通过安装的多个测压管(11)进行不同位置的压力测试，设有的管涌通道(10)在试验前通过橡胶塞(14)进行封闭；
S3：实验时采用逐级升高进水室(12)内水的高度的方式进行试验，等细沙填充层(9)和砂砾石填充层(8)渗透变形稳定后继续升高进水室(12)内水的高度进行下一个水头试验，一直到管涌通道(10)的水位与进水室(12)内的水位相互连通为止；
S4：试验的过程中渗透形变是否稳定的判别标准是通过测量和观察渗流量和测压管(11)水位基本稳定，管涌孔(6)水流清澈且没有砂粒带出，管涌通道(10)内没有砂粒移动，管涌通道(10)前端不再发展为止。
9.根据权利要求8所述的一种堤基管涌破坏模式实验方法，其特征在于：所述堤基管涌破坏模式实验时将待测压管(11)稳定时拔出管涌孔(6)上的橡胶塞(14)，便于观察渗透状况，所述堤基管涌破坏模式实验中进行多次试验，所述实验过程中采用不同厚度的细沙填充层(9)和砂砾石填充层(8)进行对比试验，得出实验数据。
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