CN112880653A - 一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，在所述的堰塞体顶部(6)的两侧设置有垂直塔架(3)，所述的垂直塔架(3)之间固定有两层横梁，分别为底层横梁(7)和表层横梁(8)，所述的表层横梁(8)位于所述的底层横梁(7)的正上方且互相平行布置，所述的引流槽底坡(4)的中轴线垂直正上方对应表层横梁和底层横梁位置预先钻一个圆孔(14)，它克服了现有技术中不能准确地模拟实际堰塞体溃坝过程，即不能够准确地测定出实际堰塞体溃坝沿程演变过程的缺点，具有安装简便、成本低廉，并且地形测试更为直观，亦能取得足够测试精度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及到水工模型水下地形动态测量，更加具体地是一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置。
背景技术
堰塞体室内溃坝模型通常是根据滑坡堰塞体实际资料按照一定比尺放缩修筑的水工物理模型，用以模拟自然情况下堰塞湖下泄急流冲刷堰塞体、造成堰塞体溃决演变的过程，能客观真实反映堰塞体溃坝场景。
室内堰塞体溃坝地形测量稍有误差便会对试验造成较大影响、降低模型精确性，从而影响对野外原型堰塞体溃坝过程河床冲刷程度的判断。
在当前的室内水工模型中，主要是选用光电反射式、电阻式、跟踪式、超声式、激光扫描式以及近景摄影等高性能的地形测量设备精确测量模型地形参数和河床演变。
光电反射式及超声式等地形测量仪设备的基本原理是通过测定探头发出光束或超声波来回路径时间差，从而测定水沙边界层具体位置。
电阻式及跟踪式地形测量仪设备基本原理则是通过捕捉电阻探头在水沙不同介质中电阻值的变化，从而确定水下地形。
但这类仪器设备大多只能单点测量、效率偏低，此外在实际水工模型中通常需要采用辅助设备悬挂固定于水中，因而要求水流流速不易较大。
而激光扫描仪与近景摄影等设备则是分别是通过激光定位和双目视差原理测定物体表面点三维坐标，虽然能非接触水体并一次测定多点地形，但由于水气分界面介质差异，因而难以测定水下地形，并且极度依赖后处理大量数据点云。
但是在堰塞体溃坝模型中，高速下泄水流不断溯源侵蚀堰塞体引起大规模坍塌，势必裹挟大量泥沙颗粒，致使水体极度浑浊，甚至在溃决过程中肉眼都难以观测到堰塞体底部地形。尤其是在大比尺溃坝模型中，下泄水流流速较大(甚至达到2m/s),携沙能力更为显著，大规模悬移质高速水流极度影响上述高性能地形测量设备精确，因而造成上述设备基本难以适用于堰塞体溃坝模型水下地形测量。
针对堰塞体溃决过程中地形演变迅速、高速下泄水流极度浑浊，常规设备难以捕捉浑浊水流水下地形这一难题，科研工作者普遍选用单截面水槽模拟堰塞体溃坝过程，即假定堰塞体溃坝过程为轴对称，在堰塞体一侧及正上空分别布置透明钢化玻璃和高清摄像头，利用透明钢化玻璃观测记录坝面下泄急流溯源侵蚀堰塞体过程、利用垂直悬空摄像头记录堰塞体横向扩展坍塌过程，从而反映堰塞体整体三维溃坝过程。
总体来说，该测试过程并无较大误差，亦能准确反映堰塞体溃坝过程，尤其是在土石坝溃坝模拟试验中。但绝大部分实际堰塞体普遍是单侧山体滑坡拥堵天然河道，因而河道内堆积堰塞体基本呈现非对称状，即单侧高度明显高于另一侧，此外，由于河道本身蜿蜒曲折，因而该种简单假定的轴对称堰塞体模型由于实际地形地势等原因并不能准确地模拟实际堰塞体溃坝过程，即不能够准确地测定出实际堰塞体溃坝沿程演变过程。
因此，急需一种装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足之处，而提出一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置。
本发明的目的是通过如下技术方案来实施的：一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，它布置在堰塞体上，所述的堰塞体的顶部布置有呈梯形截面的引流槽，所述的引流槽的底部为引流槽底坡，所述的引流槽底坡的两侧为引流槽边坡，与两侧所述的引流槽边坡连为一体的为堰塞体顶部；
在所述的堰塞体顶部的两侧设置有模型试验导墙，所述的模型试验导墙的两侧设置有垂直塔架，所述的垂直塔架之间固定有两层横梁，分别为底层横梁和表层横梁，所述的表层横梁位于所述的底层横梁的正上方且互相平行布置；
所述的引流槽底坡中轴线垂直正上方相互对应的底层横梁和表层横梁位置上均钻有一个圆孔，钢筋条垫圈组合结构的底部垂直布置在引流槽底坡上，另一端依次贯穿设置在底层横梁和表层横梁的圆孔，所述的钢筋条垫圈组合结构高度大于垂直塔架的高度，所述的钢筋条垫圈组合结构的一侧布置有垂直圆形刻度尺，所述的垂直圆形刻度尺的一端贯穿表层横梁，且末端与底层横梁的上表面固定。
在上述技术方案中：所述的钢筋条垫圈组合结构由底层螺纹垫圈和垂直光滑钢筋条组成，所述的底层螺纹垫圈垂直布置在所述的引流槽底坡表面，所述的垂直光滑钢筋条的一端依次贯穿所述的底层横梁和表层横梁，且可沿所述的圆孔向下移动。
在上述技术方案中：所述的垂直圆形刻度尺的顶部与垂直光滑钢筋条的顶部的高度保持一致。
在上述技术方案中：可沿所述的模型试验导墙布置有若干排互相平行的垂直塔架，每个所述的垂直塔架上均设置有钢筋条垫圈组合结构和垂直圆形刻度尺。
在上述技术方案中：所述的钢筋条垫圈组合结构上顶点的高度与所述的表层横梁之间的高度差大于所述的引流槽底坡至所述的堰塞体下表面之间的高度差。
本发明具有如下优点：相比于光电反射式、电阻式以及近景摄影等测试设备；1、本发明整体装置安装简便、成本低廉，并且地形测试更为直观，亦能取得足够测试精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明中钢筋条垫圈组合结构详图。
图中：堰塞体1、模型试验导墙2、垂直塔架3、引流槽底坡4、引流槽边坡5、堰塞体顶部6、底层横梁7、表层横梁8、钢筋条垫圈组合结构9、圆形通孔9.1、垂直圆形刻度尺10、底层螺纹垫圈11、垂直光滑钢筋条12、引流槽13、圆孔14。
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。
参照图1-2所示：一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，它布置在堰塞体1上，所述的堰塞体1的顶部布置有呈梯形截面的引流槽13，所述的引流槽1的底部为引流槽底坡4，所述的引流槽底坡4的两侧为引流槽边坡5，与两侧所述的引流槽边坡5连为一体的为堰塞体顶部6；
在所述的堰塞体顶部6的两侧设置有模型试验导墙2，所述的模型试验导墙2的两侧设置有垂直塔架3，所述的垂直塔架3之间固定有两层横梁，分别为底层横梁7和表层横梁8，所述的表层横梁8位于所述的底层横梁7的正上方且互相平行布置；
所述的引流槽底坡4中轴线垂直正上方相互对应的底层横梁7和表层横梁8位置上均钻有一个圆孔14，钢筋条垫圈组合结构9的底部垂直布置在引流槽底坡4上，另一端依次贯穿设置在底层横梁7和表层横梁8的圆孔14，所述的钢筋条垫圈组合结构9的一侧布置有垂直圆形刻度尺10，所述的垂直圆形刻度尺10的一端贯穿表层横梁8，且末端与底层横梁7的上表面固定。
所述的钢筋条垫圈组合结构9由底层螺纹垫圈11和垂直光滑钢筋条12组成，所述的底层螺纹垫圈11垂直布置在所述的引流槽底坡4表面，所述的垂直光滑钢筋条12的一端依次贯穿所述的底层横梁7和表层横梁8，且可沿所述的圆孔14向下移动。可移动的这种形式简单实用，便于物理模型现场操作和实时观察。
所述的垂直圆形刻度尺10的顶部与垂直光滑钢筋条12的顶部的高度保持一致。高度保持一直能实时观测测点水下地形变化，后处理简便。
可沿所述的模型试验导墙2布置有若干排互相平行的垂直塔架3，每个所述的垂直塔架3上均设置有钢筋条垫圈组合结构9和垂直圆形刻度尺10。通过设置钢筋条垫圈组合结构9和垂直圆形刻度尺10能一次性测量多点地形变化，能避免单点重复试验所引起非必要误差。
所述的钢筋条垫圈组合结构9上顶点的高度与所述的表层横梁8之间的高度差大于所述的引流槽底坡4至所述的堰塞体1下表面之间的高度差。
本发明还包括如下具体安装过程：①、在水工物理模型堰塞体1的顶部开挖布置梯形断面引流槽13。
②、准备一根直径为3mm、长度为1.5m的垂直顺滑钢筋条12，在垂直顺滑钢筋条12的末端焊接一个直径为1cm、厚度为1mm的底层螺纹垫圈11，并对焊接处打磨处理，保证二者尽可能光滑紧密连接。
③、准备一根直径5mm、长度为1.3m的竖直圆形刻度尺10。
④、在水工物理模型两侧的模型试验导墙2上搭建高度为1.2m垂直塔架3，并通过两根水平横梁(即底层横梁7和表层横梁8)横跨堰塞体模型连接垂直塔架3，其中底层横梁7和表层横梁8之间的垂直间距15cm。
⑤、在引流槽底坡4的中轴线垂直正上方分别对底层横梁7和表层横梁8位置凿出5mm圆孔9.1，并在表层横梁8的圆孔左侧1cm处凿出5mm圆孔9.1。
⑥、将直径5mm、长度为2m的垂直圆形水准尺10插入表层横梁8左侧的5mm圆孔，将其底部触及底层横梁7并互相固定，始终保持垂直圆形水准尺10的竖直状态。
⑦、将垂直光滑钢筋条12通过圆孔9.1依次贯穿入表层横梁8和底层横梁7，且底层螺纹垫圈11一端朝下，并将其触及引流槽底坡4表面砂砾，保证垂直光滑钢筋条12的竖直初始状态。
本发明还包括如下具体工作过程：
I、待堰塞湖库区水位上涨淹没至引流槽底坡4形成自然溢流，下泄水流逐渐溯源侵蚀、垂直下切掏蚀引流槽底坡4表面的砂砾，底层螺丝垫11正下方砂砾不断被水流冲走形成真空地带，钢筋条12受重力作用不断下滑，底部螺丝垫11始终保持在引流槽底坡4砂砾石上表面。
II、记引流槽底坡4至堰塞体底部之间距离为引流槽初始高度，以垂直光滑钢筋条12的顶端为起点，记录其横向对齐垂直圆形刻度尺的初始刻度，随着引流槽底部4上表面的砂砾不断的被冲走，垂直光滑钢筋条12不断下降，同时每间隔2s记录垂直光滑钢筋条12顶部对应的刻度，2s后的刻度与最初刻度差值即为引流槽底坡4被下泄水流掏蚀下降深度，引流槽初始高度与引流槽底坡被掏蚀下降深度差值即为引流槽剩余高度。
III、亦可在物理模型一侧布置多排垂直塔架3，如上，亦通过2层所述的底层横梁7和表层横梁8连接垂直塔架3，并在垂直塔架3上布置垂直圆形刻度尺10及钢筋条垫圈组合结构9，保证钢筋条垫圈组合结构9底部触及引流槽底坡4表面砂砾并沿引流槽底坡4轴线纵向依次布置，其中各个相邻的所述的垂直光滑钢筋条12纵向间距大于20cm，因垂直光滑钢筋条12直径较小，其对引流槽底坡4内下泄水流阻碍拦水作用几乎可忽略不计，从而一次泄洪溃决过程即可直观测量堰塞体引流槽整体水下地形沿程演变过程。
上述未详细说明的部分均为现有技术。
Claims (5)
1.一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，它布置在堰塞体(1)上，所述的堰塞体(1)的顶部布置有呈梯形截面的引流槽(13)，所述的引流槽(13)的底部为引流槽底坡(4)，所述的引流槽底坡(4)的两侧为引流槽边坡(5)，与两侧所述的引流槽边坡(5)连为一体的为堰塞体顶部(6)；
其特征在于：在所述的堰塞体顶部(6)的两侧设置有模型试验导墙(2)，所述的模型试验导墙(2)的两侧设置有垂直塔架(3)，所述的垂直塔架(3)之间固定有两层横梁，分别为底层横梁(7)和表层横梁(8)，所述的表层横梁(8)位于所述的底层横梁(7)的正上方且互相平行布置；
所述的引流槽底坡(4)中轴线垂直正上方相对应的底层横梁(7)和表层横梁(8)位置上均钻有一个圆孔(14)，钢筋条垫圈组合结构(9)的底部垂直布置在引流槽底坡(4)上，另一端依次贯穿设置在底层横梁(7)和表层横梁(8)的圆孔(14)，所述的钢筋条垫圈组合结构(9)的一侧布置有垂直圆形刻度尺(10)，所述的垂直圆形刻度尺(10)的一端贯穿表层横梁(8)，且末端与底层横梁(7)的上表面固定。
2.根据权利要求1所述的一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，其特征在于：所述的钢筋条垫圈组合结构(9)由底层螺纹垫圈(11)和垂直光滑钢筋条(12)组成，所述的底层螺纹垫圈(11)垂直布置在所述的引流槽底坡(4)表面，所述的垂直光滑钢筋条(12)的一端依次贯穿所述的底层横梁(7)和表层横梁(8)，且可沿所述的圆孔(14)向下移动。
3.根据权利要求1或2所述的一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，其特征在于：所述的垂直圆形刻度尺(10)的顶部与垂直光滑钢筋条(12)的顶部的高度保持一致。
4.根据权利要求3所述的一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，其特征在于：可沿所述的模型试验导墙(2)布置有若干排互相平行的垂直塔架(3)，每个所述的垂直塔架(3)上均设置有钢筋条垫圈组合结构(9)和垂直圆形刻度尺(10)。
5.根据权利要求1所述的一种堰塞体溃坝模型水下地形连续测量装置，其特征在于：所述的钢筋条垫圈组合结构(9)上顶点的高度与所述的表层横梁(8)之间的高度差大于所述的引流槽底坡(4)至所述的堰塞体(1)下表面之间的高度差。
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