CN203768857U - 一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，包括砂箱、恒温水箱、进水室、出水室、砂土层和温度传感器，所述砂箱的底部设有恒温水箱，砂箱两侧分别为进水室和出水室，砂箱中部所述进水室和出水室之间填充有砂土层，所述砂土层中布置有所述温度传感器；本实用新型能够模拟和研究不同渗透流速工况堤防工程的温度场分布，准确再现渗流场对温度的影响，获取各位置温度分布关系与渗透流速之间的关系，把分析得到的模型试验经验公式应用到实际堤防工程中，监测堤防内各点的温度参数，利用经验公式即可得到堤基的渗透流速，适用于均质堤基渗流的研究，为实际堤基渗流实时监测提供有力的依据，也可作为岩土工程及水利工程学科的教学与科研实验之用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种渗流装置，具体涉及一种堤基渗流模拟装置。
背景技术
我国地域广阔，河流湖泊延绵数千里，为人类生活提供了清洁的水利水电资源。从六七十年代开始兴起修建的大坝和水库，以土石坝居多，堤基的渗流是影响这类坝型的重要因素。据估算，一个中型水库每年就有近500万立方米的水因此流失；世界堤防和大坝（土石坝）破坏实例调查结果表明，由于渗流造成坝体和坝基的破坏与失事，占整类事故的40%以上，故堤防工程的渗流问题已经受到了学术及工程界的普遍关注。前人对坝基渗流的研究主要通过理论研究和数值模拟方法，对工程实践有一定的指导意义，但是和实际渗流参数相差较远，很难满足现有研究的需求。
实用新型内容
实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，能够通过测量研究区域的温度场来获取渗透流速的参数，从而真实的反映现场渗透流速。
技术方案：一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，包括砂箱、恒温水箱、进水室、出水室、砂土层和温度传感器，所述砂箱的底部设有恒温水箱实现模拟地温的目的，砂箱两侧分别为进水室和出水室，砂箱中部所述进水室和出水室之间填充有砂土层，所述砂土层中布置有所述温度传感器。
为了保证水在砂土中为层流，防止其从边界处流失，在砂箱内所述砂土层的顶面和底面均铺设有粘土层。
进一步，位于所述砂土层顶部的粘土层中由防水导温膜隔成两部分，保证在高水头的作用下，渗流水不至于从粘土层溢出，另一方面又能保证土层上表面温度与空气温度自由交换，即为第三种边界条件。
更进一步，所述防水导温膜是由柔性防水材料制成的，因此在上层粘土重力的作用下，柔性防水材料与下部分粘土紧密接触。
为了获取温度场的温度，所述温度传感器在所述砂土层中成横向及纵向等距排布以形成不同测温断面。
进一步，所述进水室和出水室连接设有温度控制系统的水头控制装置来模拟渗透水温，水头控制装置能改变施加于土样的上游水头，从而使试样内渗透流速发生变化；温度控制系统可使进出水循环保持恒温，保证砂箱上下面温度相同且各自稳定。
进一步，所述出水室与流量计连接，能实时监测、连续记录模型试验各时刻的渗流流量。
优选地，所述砂箱是由硬质PVC材料制成的，以避免在水土压力作用下砂箱各面板与板之间容易产生裂缝，否则将严重影响渗流场而导致试验失败。
有益效果：本实用新型能够模拟和研究不同渗透流速工况堤防工程的温度场分布，准确再现渗流场对温度的影响情况，获取各位置温度分布关系与渗透流速之间的关系，把分析得到的模型试验经验公式应用到实际堤防工程中，监测堤防内各点的温度参数，利用经验公式即可得到堤基的渗透流速，适用于均质堤基渗流的研究，为实际堤基渗流实时监测提供有力的依据，也可作为岩土工程及水利工程学科的教学与科研实验之用。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图2为土石坝模型纵剖面结构示意图；
图3为土石坝模型与图2剖面垂直的纵剖面结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
实施例：一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，包括砂箱1、防水导温膜2、上粘土层3、进水口4、出水口5、进水室6、出水室7、恒温水箱8、砂土层9、下粘土层10、温度传感器11、水头控制装置12和恒温箱13，砂箱1为硬质PVC材料制成的长方体砂箱1，粘接牢靠，砂箱1两侧留置出进水室6和出水室7，砂箱1底部设有恒温水箱8，进水室6和出水室7之间砂箱1中部由下至上依次填充有下粘土层10、砂土层9和上粘土层3，上粘土层3由导热性较好的防水导温膜2分隔为两层，上层断面呈三角形。砂土层9为一定干密度、一定高度的某一种或几种性质的土体试样，砂土层9中沿横向和纵向每隔一定距离布置有温度传感器11，共计三个纵面，形成第一测温断面16、第二测温断面17和第三测温断面18。
本实施例中温度控制系统为两个恒温槽13，进水室6和出水室7通过长管连接水头控制装置12，水头控制装置12再与上方的恒温槽13相连，设置为恒温0摄氏度；进水口4和出水口5与下方的恒温槽13相连，模拟地热状态，设置为恒温40摄氏度，使下层水循环保持恒温；水头控制装置12通过外接恒温槽13控制温度，保证水循环的恒温，出水室7的出水口5与流量计连接。
实验时通过水头控制装置12缓缓注入来自恒温槽13的清水，再由水头控制装置12向箱内施加一定形式的水头，模拟堤防工程所受水头差的作用。在水头差的作用下，水流经过进水室6，在箱内砂土层9土样中形成渗流场，通过出水口5排出。定期采集并记录箱内不同位置土体的温度数据，电子流量计实时监测记录整个渗流发展过程的流量，进而得到相应时刻的渗流场与温度场。
利用获取的温度场得到渗流场包括以下步骤：
利用同一高度上X轴方向沿程距离的温度实测值Txi,z以及渗透流速的实测值V，拟合得到V与△T/L的曲线关系（与饱和砂土的导热系数有关），其中△T=Tx1,z-Tx2,z，x1和x2为X轴上沿程距离不同的两个取值点，测得各自的温度实测值分别记为Tx1,z和Tx2,z ，L为两点沿X轴方向的距离；已知条件V=0时，△T/L=0。通过分析得到的曲线关系总结出V与△T/a的经验公式，其中a为地层导温系数，故通过实测的温度参数代入经验公式就能得到渗透流速V的值。
Claims (8)
1.一种利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：包括砂箱、恒温水箱、进水室、出水室、砂土层和温度传感器，所述砂箱的底部设有恒温水箱，砂箱两侧分别为进水室和出水室，砂箱中部所述进水室和出水室之间填充有砂土层，所述砂土层中布置有所述温度传感器。
2.根据权利要求1所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：在砂箱内所述砂土层的顶面和底面均铺设粘土层。
3.根据权利要求2所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：位于所述砂土层顶部的粘土层中由防水导温膜隔成两部分。
4.根据权利要求3所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：所述防水导温膜是由柔性防水材料制成的。
5.根据权利要求1所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：所述温度传感器在所述砂土层中成横向及纵向等距排布。
6.根据权利要求1所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：所述进水室和出水室连接设有温度控制系统的水头控制装置。
7.根据权利要求1所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：所述出水室与流量计连接。
8.根据权利要求1所述的利用温度场获取堤基渗透流速的模型装置，其特征在于：所述砂箱是由硬质PVC材料制成的。
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| CN104831674A (zh) * | 2015-03-12 | 2015-08-12 | 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 | 一种渗透破坏水工模型 |
| CN107034839A (zh) * | 2017-05-08 | 2017-08-11 | 天津大学 | 自循环式河流演变实验系统 |
| CN110954350A (zh) * | 2019-11-29 | 2020-04-03 | 西安石油大学 | 一种海底管道散热的室内模拟装置及方法 |
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