CN114509237A - 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置 - Google Patents

保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114509237A
CN114509237A CN202111584384.2A CN202111584384A CN114509237A CN 114509237 A CN114509237 A CN 114509237A CN 202111584384 A CN202111584384 A CN 202111584384A CN 114509237 A CN114509237 A CN 114509237A
Authority
CN
China
Prior art keywords
burst
model test
water
centrifugal model
weir
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
CN202111584384.2A
Other languages
English (en)
Inventor
段庆伟
赵宇飞
张雪东
梁建辉
孙平
唐智钢
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.)
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Original Assignee
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
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 China Institute of Water Resources and Hydropower Research filed Critical China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority to CN202111584384.2A priority Critical patent/CN114509237A/zh
Publication of CN114509237A publication Critical patent/CN114509237A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M10/00—Hydrodynamic testing; Arrangements in or on ship-testing tanks or water tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供一种保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，离心模型试验箱前端连接有试验供水管，后端底部设有排水孔；离心模型试验箱内自前端到后端依次设有库区水箱、堰塞体、量水堰板、拦砂格栅；库区水箱上设有可调高程溢流管；堰塞体的前端较高，后端较低，用于蓄积溃决洪水；堰塞体下方有斜板，斜板上设有透水孔。本发明，在堰塞湖溃决离心模型试验中可维持库区的水位平稳，使堰塞坝溃决离心模型试验达到能够真实模拟实际堰塞体溃决过程的目的，对研究堰塞湖漫顶溃决问题、了解其溃决、溃口发生、发展的全过程具有极其重大的科研价值。

Description

保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置
技术领域
本发明属于水利实验技术领域，具体涉及一种保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置。
背景技术
堰塞坝是斜坡失稳体堵塞河道所形成的具有一定蓄水能力的天然坝体，与堰塞坝共生的是不等规模的堰塞湖，是一种常由地震、降雨、融雪等外在因素诱发导致的一种地质灾害，堰塞坝形成后，造成上游水位升高，导致上游淹没灾害，堰塞坝极易溃决，溃决后，又会形成巨大溃决洪水，对下游地区造成严重危害，滑坡形成堰塞湖及引起的系列地质灾害在世界范围内频发。
堰塞坝溃决过程的研究，是准确预测堰塞湖溃坝洪水流量的一个重要支撑，是堰塞湖应急抢险方案制定的重要依据。溃决过程研究就包括溃口扩展过程研究，冲刷机制研究，溃决洪水过程研究等，研究的手段通常包括野外调查、物理模型试验和数值模拟。
物理模型试验的目的在于模拟溃口发展规律和溃坝洪水流量过程，由于堰塞坝溃决的一些重要数据很难从现场实例中得到，为了厘清和揭示溃口扩展和洪水演进的规律及影响因素，模型试验可以弥补统计资料分析在数量上的局限，为理论研究和模型建立提供有力支撑和验证手段，在溃坝过程研究方面具有不可替代的作用。目前的物理模型试验大多主要集中在常重力场的小比尺模型试验，由于该类试验模型与原型的应力水平一般相差很大，结果是否符合实际仍值得商榷。离心模型试验借助于高速旋转的离心机所产生的离心力，可大幅提高模型的应力水平，确保模型与原型应力水平一致，从而能较好地模拟坝体自重应力场及其与自重应力密切相关的强度和变形过程,使得模型试验结果更符合实际。因此模型试验结果更符合实际。因此离心模型试验应是研究坝体溃决机理和溃坝过程的有效手段。
在堰塞坝溃决离心模型试验中，为揭示溃口溃决和溃决洪水的演进过程，方案设计中通常需要模拟堰塞湖水位的堰塞坝模型上游水位在溃决的起始和发展阶段固定不变，而溃决洪水能够有一个较为完整真实的演进过程，这就给模型试验的供水系统带来了难题，由于模型实验箱内水量一般约为5升左右，供水系统供水过快，堰塞坝可能发生漫顶溃决，供水过慢，模型箱内水位下降过快，完全无法反映真实的溃口扩展和洪水演进过程，两种情形都导致达到实验目的失败。
因此，开发一种新型的能够保证堰塞坝模型上游水位不变的模型试验箱，显得非常必要，从而使得堰塞坝溃决离心模型试验达到能够真实模拟实际堰塞体溃决过程的目的，具有重要意义和实用价值。
发明内容
根据堰塞坝溃决离心机模型试验方案要求，本发明提供一种保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，模拟溃决洪水演进过程中保证模型堰塞坝上游水位固定的。该装置主要解决在模型试验中能够模拟堰塞体在溃决的前期阶段堰塞湖水位基本不变的条件，保证了试验方案能够达到研究的目的而必须保持的前提条件，为堰塞坝溃决洪水演进的离心模型试验能够精确控制上游水位提供了支撑和保障。
具体的技术方案为：
保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，包括离心模型试验箱；所述的离心模型试验箱前端连接有试验供水管，后端底部设有排水孔；
离心模型试验箱内自前端到后端依次设有库区水箱、堰塞体、量水堰板、拦砂格栅；
所述的试验供水管包括主管，主管的上游连接多根岔管，每个岔管上设有电磁阀；
所述的库区水箱上设有可调高程溢流管；可调高程溢流管包括竖直段与下平段，竖直段位于库区水箱内，顶部通过螺纹连接不同长度的二通接头来调整库区水箱内水位高程，下平段末端通向离心模型试验箱外；
所述的堰塞体的前端较高，后端较低，用于蓄积溃决洪水；堰塞体下方有斜板，斜板上设有透水孔。
所述的量水堰板为直角三角形薄壁量水堰板；
孔隙水压力计安装在库区水箱底部和量水堰板前。
还包括高速相机用于观察、记录试验过程。
本发明，在堰塞湖溃决离心模型试验中可维持库区的水位平稳，使堰塞坝溃决离心模型试验达到能够真实模拟实际堰塞体溃决过程的目的，对研究堰塞湖漫顶溃决问题、了解其溃决、溃口发生、发展的全过程具有极其重大的科研价值，对于指导堰塞体险情处置、编制险情应急预案、发布洪水预警讯号、开展紧急救援及下游人民、财产疏散具有及其重大意义。
附图说明
图1为堰塞湖常水位的试验箱布置实验时的结构示意图；
图2为试验供水管路结构示意图；
图3为库区水箱及可调节高程溢流管结构示意图；
图4为量水堰板结构示意图；
图5为拦砂格栅结构示意图；
图6为堰塞湖常水位的试验箱结构示意图。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
如图1到图6所示，保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，包括离心模型试验箱1；所述的离心模型试验箱1前端连接有试验供水管，后端底部设有排水孔2；
离心模型试验箱1内自前端到后端依次设有库区水箱6、堰塞体3、量水堰板8、拦砂格栅9；
如图2所示，所述的试验供水管包括主管5，主管5的上游连接多根岔管12，每个岔管 12上设有电磁阀11；
如图1到图6所示，所述的库区水箱6上设有可调高程溢流管7；可调高程溢流管7包括竖直段与下平段，竖直段位于库区水箱6内，顶部通过螺纹连接不同长度的二通接头来调整库区水箱6内水位高程，下平段末端通向离心模型试验箱1外；
所述的堰塞体3的前端较高，后端较低，用于蓄积溃决洪水4；堰塞体3下方有斜板，斜板上设有透水孔。
所述的量水堰板8为直角三角形薄壁量水堰板；
孔隙水压力计10安装在库区水箱6底部和量水堰板8前。
试验供水管分为两段，上游段为DN20的岔管12，下游段为DN32的主管5，岔管12汇流至主管5，电磁阀11安装在岔管12上，每个电磁阀11控制一根岔管12开关，通过控制试验中电磁阀启闭的数量来控制试验入箱流量。
可变高程溢流管7为DN32钢管。可分为竖直段与下平段，竖直段位于库区水箱6内，顶部可通过螺纹连接不同长度的二通接头来调整库区水箱6内水位高程，下平段末端通向离心模型试验箱1外，试验中供往库区水箱6内多余的水从溢流管内排除，保证库区水箱6水位平稳。
库区水箱6焊接固定在堰塞湖溃决离心模型试验箱1内的前端，库区水箱6下游侧上部为倾向下游的斜板作为支撑堰塞体3，斜板上设有直径20mm，孔间距30mm的透水孔。
孔隙水压力计，固定在库区水箱底部6和量水堰板8前，用于实时监测试验过程的库区水箱6及量水堰板8水深。
量水堰板8为直角三角形薄壁量水堰板，结合量水堰板前的孔隙水压力计用于实时监测堰塞体溃决洪水过程。
拦砂格栅9，位于离心模型试验箱1最下游端，拦砂格栅9上设有直径20mm，孔间距40mm的透水孔，内侧固定有孔径3mm的金属滤网，用于拦截溃决洪水冲刷下来的砂石。
高速相机用于观察、记录试验过程。
保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置使用方法：
1)根据试验需要填筑模型，率定、固定好库区水箱6和量水堰板8前的孔隙水压力计 10。
2)向库区水箱6内注入一定量的初始水量，吊装、配重，完成离心试验前各项线路连接、检查。
3)离心机加速至目标G值并稳定后，打开供水管路前端的一个电磁阀，向库区水箱6 供水至可变高程溢流管7管口溢流，此时堰塞体3预设溃口也开始溃决。
4)随着试验的进行，堰塞体3溃口扩展越来越大，此时通过溃口溃决的洪水流量大于等于供水管路此时供水流量，可变高程溢流管7管口处水位将要小于管口高程，此时增加供水管路前端的电磁阀打开的数量，增大供水流量，可变高程溢流管7处于溢流状态，暨保证库区水箱6内水位平稳。
5)随着试验的进一步继续，重复步骤4)，直至供水管路所有岔管12上的电磁阀11全部开启，供水流量达到试验需求的最大值。
6)此后，试验继续进行，溃口进一步扩展，溃决洪水大于最大供水流量，库区水箱水位下降，溃口冲蚀停止，试验结束。
(3)堰塞湖漫顶溃决离心试验相关的计算方法
本实施例中试验状态排水能力校核：
试验过程中，堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置置于离心模型箱1内，试验过程中的溃决洪水透过末端的拦砂格栅9后需从离心模型试验箱1预设的排水孔2及时排出。需对离心模型试验箱1预设排水孔2排水能力进行校核。排水孔2孔径为d，孔数为n，排水口处最大水深Hmax，试验中溃决洪峰流量Qmax。
排水孔2出流符合厚壁孔口自由出流,可依照孔口出流计算，有单孔流量：
Figure BDA0003427776840000041
Figure BDA0003427776840000042
Q排＝nQ (3)
式中：H0为作用水头，可取H0＝Hmax；g’＝50g；
Figure BDA0003427776840000051
为管嘴的流速系数，可取
Figure BDA0003427776840000052
μn为管嘴流量系数，可取μn＝0.82；
则有：
Figure BDA0003427776840000053
当Q排≥Qmax时，离心模型试验箱1预设排水孔2满足试验排水需要。
2)库区水位及三角形量水堰前水位计算
试验中水位变动引起孔隙水压力计探头处水压变化，压力变化引起孔隙水压力计探头电阻率变化。采用孔隙水压力及可实时监测、记录水压力，再进一步可由水压力转化为水位变化数据。
静水压力P静与水深h的关系可表示为：
P静＝ρNgh (0-5)
则：
Figure BDA0003427776840000054
3)薄壁直角三角形量水堰堰流计算
薄壁堰流由于具有稳定的水头和流量关系，常作为水力模型试验中一种有效的量水工具。由量纲分析法可知量水堰综合流量系数是雷诺数及韦伯数的函数，雷诺数反映液体粘滞性的影响，韦伯数反映表面张力的影响，当堰顶水头足够大时，其影响均可略去。
三角形堰较矩形堰量测小流量时精度较矩形薄壁堰更高，当三角堰顶角θ∈(20°～100°) 之间时，三角堰过水流量可表示为：
Figure BDA0003427776840000055
式中：Cd——流量系数；
当三角堰θ＝90°，即三角堰为直角三角堰时，有：
Figure BDA0003427776840000056
Q＝C0H5/2 (9)
式中，C0可通过标准流量通过该直角三角堰时率定得到，H则通过埋设在直角三角量水堰板前的孔隙水压力计测量转化而来。

Claims (4)

1.保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，其特征在于，包括离心模型试验箱(1)；所述的离心模型试验箱(1)前端连接有试验供水管，后端底部设有排水孔(2)；
离心模型试验箱(1)内自前端到后端依次设有库区水箱(6)、堰塞体(3)、量水堰板(8)、拦砂格栅(9)；
所述的库区水箱(6)上设有可调高程溢流管(7)；
所述的堰塞体(3)的前端较高，后端较低，用于蓄积溃决洪水(4)；堰塞体(3)下方有斜板，斜板上设有透水孔；
孔隙水压力计(10)安装在库区水箱(6)底部和量水堰板(8)前；
还包括高速相机，用于观察、记录试验过程。
2.根据权利要求1所述的保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，其特征在于，所述的试验供水管包括主管(5)，主管(5)的上游连接多根岔管(12)，每个岔管(12)上设有电磁阀(11)。
3.根据权利要求1所述的保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，其特征在于，所述的可调高程溢流管(7)包括竖直段与下平段，竖直段位于库区水箱(6)内，顶部通过螺纹连接不同长度的二通接头来调整库区水箱(6)内水位高程，下平段末端通向离心模型试验箱(1)外。
4.根据权利要求1所述的保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置，其特征在于，所述的量水堰板(8)为直角三角形薄壁量水堰板。
CN202111584384.2A 2021-12-23 2021-12-23 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置 Pending CN114509237A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111584384.2A CN114509237A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111584384.2A CN114509237A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114509237A true CN114509237A (zh) 2022-05-17

Family

ID=81548625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111584384.2A Pending CN114509237A (zh) 2021-12-23 2021-12-23 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114509237A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115825384A (zh) * 2022-11-08 2023-03-21 浙江大学 一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置和方法
CN116168598A (zh) * 2023-02-17 2023-05-26 长江勘测规划设计研究有限责任公司 一种堰塞湖溃决全过程物理模拟模型

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716028A (zh) * 2019-10-25 2020-01-21 清华大学 一种堰塞坝离心模型试验模拟方法与系统
CN111021304A (zh) * 2019-12-27 2020-04-17 长江水利委员会长江科学院 一种基于库容实时调节的堤坝溃决试验复合模拟装置及方法
CN112763182A (zh) * 2020-12-23 2021-05-07 南昌大学 一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法
CN112834375A (zh) * 2020-07-16 2021-05-25 同济大学 一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置
JP2021110214A (ja) * 2020-01-13 2021-08-02 勇 川人 洪水の自然災害を防止する堤防および堰堤等（以下堤防等）の越流抑止装置。

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110716028A (zh) * 2019-10-25 2020-01-21 清华大学 一种堰塞坝离心模型试验模拟方法与系统
CN111021304A (zh) * 2019-12-27 2020-04-17 长江水利委员会长江科学院 一种基于库容实时调节的堤坝溃决试验复合模拟装置及方法
JP2021110214A (ja) * 2020-01-13 2021-08-02 勇 川人 洪水の自然災害を防止する堤防および堰堤等（以下堤防等）の越流抑止装置。
CN112834375A (zh) * 2020-07-16 2021-05-25 同济大学 一种考虑渗流的土石料水槽冲刷试验装置
CN112763182A (zh) * 2020-12-23 2021-05-07 南昌大学 一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王江子: "防砂坝坝体改善对河道稳定及生态研究", 《河南水利与南水北调》 *
陈生水 等: "土石坝溃坝离心模型试验中水流控制与测量", 《水利学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115825384A (zh) * 2022-11-08 2023-03-21 浙江大学 一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置和方法
CN116168598A (zh) * 2023-02-17 2023-05-26 长江勘测规划设计研究有限责任公司 一种堰塞湖溃决全过程物理模拟模型

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114509237A (zh) 保持堰塞湖常水位漫顶溃决的离心模型试验装置
CN201265164Y (zh) 基坑工程渗透破坏模型试验装置
CN111855443B (zh) 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置
CN202614752U (zh) 一种可变坡度矩形水槽模拟底泥侵蚀和传输特征的装置
CN105136638B (zh) 尾矿坝渗流场相似模拟试验系统
CN103278376B (zh) 土压平衡盾构开挖面稳定性控制模型试验装置
CN108037267B (zh) 一种模拟管道漏水侵蚀冲刷诱发道路坍塌的试验装置
CN203705311U (zh) 一种研究变水头作用下双向管涌的实验装置
CN203096683U (zh) 一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置
CN111021304B (zh) 一种基于库容实时调节的堤坝溃决试验复合模拟装置及方法
CN108320654B (zh) 水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置及运行方法
CN104123875A (zh) 一种尾矿坝漫顶破坏模拟的实验装置及实验方法
CN110806372A (zh) 一种变应力条件下土体渗透试验装置及方法
CN107860893A (zh) 一种流量可调节的室内降雨边坡模型试验装置
CN111337650A (zh) 一种研究地下工程土体渗流破坏机制的多功能试验装置
CN203821294U (zh) 一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置
CN205712215U (zh) 模拟承压水头升降的基坑开挖模型试验装置
US11835508B2 (en) Model test device for ground collapse caused by pipeline leakage
CN114942199A (zh) 一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置及试验方法
CN207662896U (zh) 一种流量可调节的室内降雨边坡模型试验装置
CN104914232A (zh) 基坑管涌模拟试验装置及试验方法
CN112945595A (zh) 一种淤地坝溃决过程的试验设备及试验方法
CN210564502U (zh) 评价夹层和注采点对厚层油藏采收率影响的实验装置
CN104818687A (zh) 模拟动力荷载作用下尾矿库溃坝相似模拟实验装置
CN202064944U (zh) 一种压裂充填防砂模型

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