CN117330468A - 复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，属于XX技术领域。其包括模拟堰体以及水源供应组件；所述模拟堰体包括上游堰体、下游堰体、第一隔板、第一堰体、第二隔板、第二堰体，有多组间隔布置的封堵加固组件安装于其中一个所述第一堰体上，有多组间隔布置的导渗排水组件安装于其中一个所述第二堰体上；两个所述第一堰体内部和两个所述第二堰体内部均设置有多层间隔布置的药剂组件，所述水源供应组件包括供水泵和与所述供水泵输出端连接的供水管，所述供水管的出水端位于所述模拟堰体中部。本申请可以根据两个第一堰体以及两个第二堰体的对比实验结果，更加准确的判断出封堵加固组件和导渗排水组件在模拟堰体中的作用。
Description
技术领域
本发明属于堰塞坝模型试验技术领域，具体涉及一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置及方法。
背景技术
渗流是指流体在孔隙介质中的流动，在地表面以下的土壤或岩层中的渗流称为地下水运动，是自然界最常见的渗流现象。堰塞体是由火山熔岩流，冰碛物或由地质灾害、地震活动使山体岩石崩塌下来等原因引起山崩滑坡体等堵截山谷，在山谷中形成类似大坝的挡水体。堰塞体不是固定永远不变的，它们会受冲刷、侵蚀、溶解、崩塌等等。一旦堰塞体被破坏，堰塞体所围起来的湖水便漫溢而出，倾泻而下，形成洪灾，极其危险。
目前还没有针对复杂渗流条件下堰塞体进行模拟实验的装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置及方法，旨在解决现有的相关技术没有针对堰塞体的复杂渗流条件进行模拟实验的问题。
第一方面，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，包括由碎石与砂土混合而成的模拟堰体，以及用于向所述模拟堰体供应水源的水源供应组件；
所述模拟堰体包括上游堰体和下游堰体，所述上游堰体内设置有第一隔板，所述第一隔板将上游堰体分成两个第一堰体，所述下游堰体内设置有第二隔板，所述第二隔板将下游堰体分成两个第二堰体，有多组间隔布置的封堵加固组件安装于其中一个所述第一堰体上，有多组间隔布置的导渗排水组件安装于其中一个所述第二堰体上；
两个所述第一堰体内部和两个所述第二堰体内部均设置有多层间隔布置的药剂组件，每个药剂组件均由多个间隔布置的球形药剂丸组成，所述球形药剂丸的侧壁上设置有多个通孔，所述球形药剂丸内装有药剂粉末；
在所述上游堰体中，所述药剂组件的布置密度沿靠近第一隔板的一端向远离第一隔板的一端方向依次降低；在所述下游堰体中，所述药剂组件的布置密度沿靠近第二隔板向远离第二隔板的方向依次降低；
所述水源供应组件包括供水泵和与所述供水泵输出端连接的供水管，所述供水管的出水端位于所述模拟堰体中部，以让两个第一堰体之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体之间所受到的水压相同。
在本发明的一种优选实施例中，所述封堵加固组件包括设置在堰塞体上的封堵加固基坑和设置在所述封堵加固基坑内的封堵监控筒，所述封堵监控筒侧壁上设置有多个导流孔，所述封堵监控筒的外壁上包裹有塑料网，所述封堵监控筒内设置有液位传感器。
在本发明的一种优选实施例中，所述导渗排水组件包括整体上为锯齿形结构的导渗沟，所述导渗沟顶面上自下而上依次铺设有回填粘土保护层和砌石层。
在本发明的一种优选实施例中，所述药剂粉末为硝酸盐粉末、食盐和熟石灰粉末中的一种。
在本发明的一种优选实施例中，相邻两个球形药剂丸之间的间隙为过水间隙，位于不同药剂组件且相邻的两个过水间隙之间呈交错布置。
在本发明的一种优选实施例中，所述模拟堰体包括多层自上而下依次布置的土石混合层，相邻土石混合层之间连接有第三隔板，在多层自上而下依次布置的土石混合层中，砂土和碎石均为随机分布，且砂土的重量和碎石的重量之比依次降低。
第二方面，为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置的实验方法，其特征在于，其包括如下步骤：
确定模拟堰体中上游堰体和下游堰体所在位置，在上游堰体的中部设置第一隔板，以形成两个第一堰体，在下游堰体的中部设置第二隔板，以形成两个第二堰体；
用碎石和砂土混合成的石土混合物逐层铺设第一堰体和第二堰体，并在每层石土混合物中布置药剂组件；
在其中一个第一堰体中布置多组间隔的封堵加固组件，在其中第二堰体中布置多组间隔的导渗排水组件；
在模拟堰体的中部设置水源供应组件，并让水源供应组件的出水端位于所述模拟堰体中部，以让两个第一堰体之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体之间所受到的水压相同；
让水源供应组件提供水源，在水源与模拟堰体接触时，药剂粉末与模拟堰体内部的碎石和砂土相接触，并在模拟堰体内形成空隙通道；
调节并记录水源供应组件的供水量和供水压力，记录在不同供水量和供水压力下，堰塞体模拟实验装置的实验结果。
本发明的有益效果是：
1、由于药剂组件的布置密度沿沿靠近第一隔板/第二隔板的一端向远离第一隔板/第二隔板的一端方向依次降低，而药剂组件内的药剂粉末在遇到水后，会形成空隙通道，这样本申请也即模拟出了堰塞体的复杂渗流环境，本申请可以根据模拟堰体在不同位置处的渗流情况，从而判断出模拟堰体的实验结果；
2、在第一隔板和第二隔板的作用下，本申请让两个第一堰体之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体之间所受到的水压相同，这样，本申请可以根据两个第一堰体以及两个第二堰体的对比实验结果，更加准确的判断出封堵加固组件和导渗排水组件在模拟堰体中的作用。
附图说明
图1为本发明所述复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置的结构示意图；
图2为封堵加固组件的结构示意图；
图3为导渗排水组件的结构示意图；
图4为土石混合层和第三隔板的连接结构示意图。
附图标记；1、模拟堰体；11、上游堰体；12、下游堰体；13、第一隔板；14、第一堰体；15、第二隔板；16、第二堰体；2、封堵加固组件；21、封堵基坑；22、钢筋笼；23、混凝土；3、药剂组件；31、球形药剂丸组；32、过水间隙；33、球形药剂丸；4、水源供应组件；41、供水泵；42、供水管；5、导渗排水组件；51、导渗沟；52、回填粘土保护层；53、砌石层；61、土石混合层；62、第三隔板。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，本申请提供一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，旨在现有的相关技术没有针对堰塞体的复杂渗流条件进行模拟实验的问题，其包括：由碎石与砂土混合而成的模拟堰体1，以及用于向所述模拟堰体1供应水源的水源供应组件4。实际工作时，上述水源供应组件4主要用于作为提供水源，其可以根据自身需要调节水源的供水量和供水水压。模拟堰体1主要用于模拟堰塞体在复杂渗流条件下的的渗流情况，从而为实际工程中的堰塞体的布置方案提供参考意见。
所述模拟堰体1包括上游堰体11和下游堰体12，所述上游堰体11内设置有第一隔板13，所述第一隔板13将上游堰体11分成两个第一堰体14，所述下游堰体12内设置有第二隔板15，所述第二隔板15将下游堰体12分成两个第二堰体16，有多组间隔布置的封堵加固组件2安装于其中一个所述第一堰体14上，有多组间隔布置的导渗排水组件5安装于其中一个所述第二堰体16上。这样，本申请也即实现了模拟堰体1的布设，封堵加固组件2可以布设在上游堰体11上，两个第一堰体14可以作为对照组，实验人员可以根据两个第一堰体14的渗流情况，确认封堵加固组件2的布置方式(间距和密度)。
两个所述第一堰体14内部和两个所述第二堰体16内部均设置有多层间隔布置的药剂组件3，每个药剂组件3均由多个间隔布置的球形药剂丸33组31成，所述球形药剂丸33的侧壁上设置有多个通孔，所述球形药剂丸33内装有药剂粉末。球形药剂丸33内的药剂粉末在遇到流动的水源后，会随该水源进入至模拟堰体1内，并在模拟堰体1内形成间隙通道，以方便水源通过，这样，本申请也即模拟出了模拟堰体1所处的渗流环境。
在所述上游堰体11中，所述药剂组件3的布置密度沿靠近第一隔板13的一端向远离第一隔板13的一端方向依次降低；在所述下游堰体12中，所述药剂组件3的布置密度沿靠近第二隔板15向远离第二隔板15的方向依次降低。这样，本申请也即模拟出了模拟堰体1所处的复杂渗流环境，实验人员可以根据上游堰体11和下游堰体12中不同部位发生渗流的情况，从而准确的模拟出堰塞体在不同渗流情况下的安全状况。
优选的，所述水源供应组件4包括供水泵41和与所述供水泵41输出端连接的供水管42，所述供水管42的出水端位于所述模拟堰体1中部，以让两个第一堰体14之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体16之间所受到的水压相同。这样，两个第一堰体14和两个第二堰体16所处的水流环境会一致，两个第一堰体14和两个第二堰体16的对比结果会更加具有说服力，从而让本申请的模拟实验效果更好。
所述封堵加固组件2包括设置在所述堰塞体上的封堵基坑21、设置在所述封堵基坑21上的钢筋笼22，以及填充于所述钢筋笼22和所述封堵基坑21内壁之间的混凝土23。这样，本申请也即实现了上游封堵组件的布设，同时，由于混凝土23的防渗流作用较好，且在钢筋笼22和混凝土23的共同作用下，堰塞体的结构稳定性会明显增加。
所述导渗排水组件5包括整体上为锯齿形结构的导渗沟51，所述导渗沟51顶面上自下而上依次铺设有回填粘土保护层52和砌石层53。这样，本申请也即实现了下游导渗机构的布设，在上述下游导渗机构的作用下，本申请可以实现导渗功能，从而进一步提高堰塞体的结构稳定性。
所述药剂粉末为硝酸盐粉末、食盐和熟石灰粉末中的一种。
相邻两个球形药剂丸33之间的间隙为过水间隙32，位于不同药剂组件3且相邻的两个过水间隙32之间呈交错布置。这样，模拟堰体1内形成的间隙通道会更加不规则且分布更加合理，这样，本申请模拟模拟堰体1的实验结果会更好。
所述模拟堰体1包括多层自上而下依次布置的土石混合层61，相邻土石混合层61之间连接有第三隔板62，在多层自上而下依次布置的土石混合层61中，砂土和碎石均为随机分布，且砂土的重量和碎石的重量之比依次降低。
实际工作时，本申请的实验方法包括如下步骤：
S1、确定模拟堰体1中上游堰体11和下游堰体12所在位置，在上游堰体11的中部设置第一隔板13，以形成两个第一堰体14，在下游堰体12的中部设置第二隔板15，以形成两个第二堰体16；
S2、用碎石和砂土混合成的石土混合物逐层铺设第一堰体14和第二堰体16，并在每层石土混合物中布置药剂组件3；
S3、在其中一个第一堰体14中布置多组间隔的封堵加固组件2，在其中第二堰体16中布置多组间隔的导渗排水组件5；
S4、在模拟堰体1的中部设置水源供应组件4，并让水源供应组件4的出水端位于所述模拟堰体1中部，以让两个第一堰体14之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体16之间所受到的水压相同；
S5、让水源供应组件4提供水源，在水源与模拟堰体1接触时，药剂粉末与模拟堰体1内部的碎石和砂土相接触，并在模拟堰体1内形成空隙通道；
S6、调节并记录水源供应组件4的供水量和供水压力，记录在不同供水量和供水压力下，堰塞体模拟实验装置的实验结果。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，包括由碎石与砂土混合而成的模拟堰体，以及用于向所述模拟堰体供应水源的水源供应组件；其特征在于：
所述模拟堰体包括上游堰体和下游堰体，所述上游堰体内设置有第一隔板，所述第一隔板将上游堰体分成两个第一堰体，所述下游堰体内设置有第二隔板，所述第二隔板将下游堰体分成两个第二堰体，有多组间隔布置的封堵加固组件安装于其中一个所述第一堰体上，有多组间隔布置的导渗排水组件安装于其中一个所述第二堰体上；
两个所述第一堰体内部和两个所述第二堰体内部均设置有多层间隔布置的药剂组件，每个药剂组件均由多个间隔布置的球形药剂丸组成，所述球形药剂丸的侧壁上设置有多个通孔，所述球形药剂丸内装有药剂粉末；
在所述上游堰体中，所述药剂组件的布置密度沿靠近第一隔板的一端向远离第一隔板的一端方向依次降低；在所述下游堰体中，所述药剂组件的布置密度沿靠近第二隔板向远离第二隔板的方向依次降低；
所述水源供应组件包括供水泵和与所述供水泵输出端连接的供水管，所述供水管的出水端位于所述模拟堰体中部，以让两个第一堰体之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体之间所受到的水压相同。
2.根据权利要求1所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，其特征在于：所述封堵加固组件包括设置在堰塞体上的封堵加固基坑和设置在所述封堵加固基坑内的封堵监控筒，所述封堵监控筒侧壁上设置有多个导流孔，所述封堵监控筒的外壁上包裹有塑料网，所述封堵监控筒内设置有液位传感器。
3.根据权利要求2所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，其特征在于：所述导渗排水组件包括整体上为锯齿形结构的导渗沟，所述导渗沟顶面上自下而上依次铺设有回填粘土保护层和砌石层。
4.根据权利要求1所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，其特征在于：所述药剂粉末为硝酸盐粉末、食盐和熟石灰粉末中的一种。
5.根据权利要求3所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，其特征在于：相邻两个球形药剂丸之间的间隙为过水间隙，位于不同药剂组件且相邻的两个过水间隙之间呈交错布置。
6.根据权利要求1所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置，其特征在于：所述模拟堰体包括多层自上而下依次布置的土石混合层，相邻土石混合层之间连接有第三隔板，在多层自上而下依次布置的土石混合层中，砂土和碎石均为随机分布，且砂土的重量和碎石的重量之比依次降低。
7.根据权利要求书所述的复杂渗流条件下堰塞体模拟实验装置的实验方法，其特征在于，其包括如下步骤：
确定模拟堰体中上游堰体和下游堰体所在位置，在上游堰体的中部设置第一隔板，以形成两个第一堰体，在下游堰体的中部设置第二隔板，以形成两个第二堰体；
用碎石和砂土混合成的石土混合物逐层铺设第一堰体和第二堰体，并在每层石土混合物中布置药剂组件；
在其中一个第一堰体中布置多组间隔的封堵加固组件，在其中第二堰体中布置多组间隔的导渗排水组件；
在模拟堰体的中部设置水源供应组件，并让水源供应组件的出水端位于所述模拟堰体中部，以让两个第一堰体之间所受到的水压相同，并让两个第二堰体之间所受到的水压相同；
让水源供应组件提供水源，在水源与模拟堰体接触时，药剂粉末与模拟堰体内部的碎石和砂土相接触，并在模拟堰体内形成空隙通道；
调节并记录水源供应组件的供水量和供水压力，记录在不同供水量和供水压力下，堰塞体模拟实验装置的实验结果。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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