CN203821294U - 一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，包括箱型试验槽、变水头供水装置、轴向加压装置和数据收集装置，所述的箱型试验槽左侧上游设有螺旋式进水口，所述的螺旋式进水口通过进水橡胶软管与左侧的变水头供水装置的出水口相连；所述的数据收集装置包括液位传感器、数据采集及传输元件、流量计和数据终端，所述的液位传感器布置在箱型试验槽外侧面的多个不同位置；所述的箱型试验槽右侧底部设有溢水孔，所述的溢水孔通过出水橡胶软管连接所述的流量计；所述的轴向加压装置设置在箱型试验槽的上部。它适用于坝体工程渗流与渗透破坏的研究，也可以作为岩土工程及水利工程学科的教学与科研实验之用。

Description

一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置

技术领域

本实用新型属于水利工程物理模型试验的技术领域，具体而言涉及一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置。

背景技术

在饱和含水地层，由于维护墙的止水效果不好或止水结构失效，致使大量地下水结构失稳，导致大量地下水夹带沙粒涌入作业面，造成支护结构失稳称为渗流破坏。由于土坝的坝身和坝基一般都具有一定的透水性，因此在水压力的作用下，渗水现象是不可避免的。异常渗漏会对土坝造成许多危害：损失蓄水量甚至导致大坝无法蓄水；使浸润线抬高，使下游坝坡散漫，甚至造成滑坡事故；当渗流的渗透坡降大于临界坡降，则土坝将产生渗流变形而危及土坝安全。其中土坝的渗透变形是土坝发生破坏事故的主要原因之一，据国内外资料统计，由于渗透变形造成破坏事故的约占全部破坏事故的40%以上。因此，对于堤坝的渗流破坏问题绝对不可掉以轻心，研究水库土坝渗流破坏的形成与发展过程，对预防渗流破坏与提出相应的防治措施具有重要意义。

目前，关于水库土坝渗流破坏的发展过程模拟大多局限于一定相对密实度土样的渗流破坏模拟的范围，因而无法考虑土样受轴向压力时的渗流情况，故难以全面解释土坝渗流的形成和发展过程，也不能满足水库土坝工程渗流破坏研究的要求。

实用新型内容

为了克服现有水库土坝渗流破坏发展过程模型试验装置的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种更合理的水库土坝渗流破坏发展过程模型试验装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，包括箱型试验槽、变水头供水装置、轴向加压装置和数据收集装置，所述的箱型试验槽与变水头供水装置相连，所述的轴向加压装置安装在箱型试验槽的上部，所述的数据收集装置与箱型实验槽相连。

优选的，所述的箱型试验槽左侧上游设有螺旋式进水口，所述的螺旋式进水口通过进水橡胶软管与左侧的变水头供水装置的出水口相连，所述的螺旋式进水口的右侧设有透水板；所述的数据收集装置包括液位传感器、数据采集及传输元件、流量计和数据终端，所述的液位传感器布置在箱型试验槽外侧面的多个不同位置，所述的液位传感器通过数据采集及传输元件与数据终端相连接，所述的流量计与数据终端相连接；所述的箱型试验槽在水流下游设有下游透水板，所述的箱型试验槽右侧底部设有溢水孔，所述的溢水孔通过出水橡胶软管连接所述的流量计；所述的轴向加压装置设置在箱型试验槽的上部。

优选的，所述的变水头供水装置包括进水阀、进水管、塑料水管、溢流口、出水口、双滑轮、缆绳、长木板和可动支架，所述的双滑轮固定在可动支架上，所述的长木板上设有刻度，所述的出水口经进水橡胶软管与箱型试验槽的螺旋式进水口相连。

优选的，所述的轴向加压装置包括压力传动装置、负荷输出装置、荷载测量装置、竖向位移测量装置、活动盖板和固定支架，所述的活动盖板可纵向移动地设置在所述的箱型试验槽顶部，所述的活动盖板上方安装了用于测量土体试样竖向位移的竖向位移测量装置，所述的竖向位移测量装置与荷载测量装置连接，所述的荷载测量装置与负荷输出装置的输出端联动连接，所述的固定支架与箱型试验槽固定连接，所述的压力传动装置固定在所述的固定支架的梁的中部位置，所述的压力传动装置与负荷输出装置相连。

优选的，所述的数据终端是计算机处理器，所述的数据采集及传输元件是模数转换器（A-D）及串口。

本实用新型的有益效果：

通过轴向加压装置对土样施加轴向压力，可以较为科学地模拟水库土坝在不同轴向受力情况下的渗流形成与发展，准确再现水库土坝的渗流破坏和发展情况。

附图说明

图1是本实用新型研究水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置的结构示意图。

图2是本实用新型研究水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置的工作原理示意图。

图1中，1、进水阀，2、进水管，3、塑料水管，4、溢流口，5、出水口，6、双滑轮，7、缆绳，8、长木板，9、可动支架，10、螺旋式进水口，11、进水橡胶软管，12、透水板，13、液位传感器，14、数据采集及传输元件，15、箱型试验槽，16、收集口，17、下游透水板，18、水位控制箱，19、溢水孔，20、出水橡胶软管，21、流量计，22、数据终端，23、压力传动装置，24、负荷输出装置，25、荷载测量装置，26、竖向位移测量装置，27、活动盖板，28、固定支架。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外。

本实用新型中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右。

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

如图1所示，本实用新型的模拟水库土坝渗流破坏发展过程模型试验装置，包括箱型试验槽15、变水头供水装置、轴向压力输出装置、数据收集装置，箱型试验槽15上游左侧有螺旋式进水口10，经进水橡胶软管11与左侧的变水头供水装置的出水口5相连，螺旋式进水口10右侧有透水板12，箱型试验槽15外侧面不同位置设有多个液位传感器13，箱型试验槽15的下游有下游透水板17，试验槽右侧底部有溢水孔19通过出水橡胶软管20接流量计21；箱型试验槽15上部有轴向压力输出装置；

变水头供水装置包括进水阀1、进水管2、塑料水管3、溢流口4、出水口5、双滑轮6、缆绳7、长木板8和可动支架9，双滑轮6固定在可动支架9上，长木板8上有刻度，出水口5经进水橡胶软管11与箱型试验槽15的螺旋式进水口10相连。

轴向压力输出装置包括压力传动装置23、负荷输出装置24、荷载测量装置25、竖向位移测量装置26、活动盖板27以及固定支架28，可纵向移动的活动盖板27在箱型试验槽15顶部，活动盖板27上安装了用于测量土体试样竖向位移的竖向位移测量装置26，竖向位移测量装置与荷载测量装置25连接，荷载测量装置25与负荷输出装置24的输出端联动连接，固定支架28与箱型试验槽15固定连接，且梁的中部固定着压力传动装置23与负荷输出装置24相连。

本实用新型模拟水库土坝渗流破坏发展过程模型试验装置的工作原理如下：

如图1和图2所示，向箱型试验槽15中填筑土样，分层装填，每层装填完就进行压实、排气及饱和处理，顶部盖上活动盖板27，将压力传动装置23及荷载测量装置25调整到适合加载的位置，然后对土体试样施加一定的垂直荷载；上游利用变水头供水装置逐渐增加水头，模拟水库土坝在蓄水期间不同水头下的渗透作用，且打开一个溢流口4的橡胶塞，在水头差的作用下，水流经过透水板12，在箱型试验槽15的土样内形成渗流场；液位传感器14采集箱型试验槽15内不同位置土体的各个时刻的水头数据；流量计21实时监测并记录整个渗流发展、变形过程中的流量，注意观察、记录溢流口4等的试验现象，直至土样发生渗流破坏，试验停止；对施加的轴向压力、测得水头、流量等数据进行分析，得到相应的渗流场，以对水库土坝渗流破坏发展过程进行表征。

本实用新型能够模拟坝体工程的渗流场变化，更贴近实际地再现坝体工程的渗透破坏的形成与发展。通过改变试验槽上方静力加荷装置施加在试验土样上均匀轴向压力的大小，可以模拟受不同轴向压力下的坝体渗流破坏情况；通过改变试验土样类型，可以模拟均匀坝体、非均质坝体等水库土坝工程中各类土坝的渗流破坏现象；通过施加不同形式的水头差，可以模拟水库土坝各种水力条件下的渗流破坏发展过程。它适用于坝体工程渗流与渗透破坏的研究，为实际坝体工程等施工、设计等提供指导，也可以作为岩土工程及水利工程学科的教学与科研实验之用。

以上仅为本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，包括箱型试验槽（15）、变水头供水装置、轴向加压装置和数据收集装置，所述的箱型试验槽（15）与变水头供水装置相连，所述的轴向加压装置安装在箱型试验槽（15）的上部，所述的数据收集装置与箱型实验槽（15）相连。

2.根据权利要求1所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的箱型试验槽（15）的一侧的上部设有螺旋式进水口（10），所述的螺旋式进水口（10）通过进水橡胶软管（11）与所述的变水头供水装置的出水口（5）相连。

3.根据权利要求2所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，在所述的箱型试验槽（15）内部设有透水板（12），所述的透水板（12）设在螺旋式进水口（10）的水流下游位置。

4.根据权利要求3所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的数据收集装置包括液位传感器（13）、数据采集及传输元件（14）、流量计（21）和数据终端（22），所述的液位传感器（13）布置在箱型试验槽（15）外侧面的多个不同位置，所述的液位传感器（13）通过数据采集及传输元件（14）与数据终端（22）相连接，所述的流量计（21）与数据终端（22）相连接。

5.根据权利要求4所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的箱型试验槽（15）的另一侧的底部设有溢水孔（19），所述的溢水孔（19）通过出水橡胶软管（20）连接至所述的流量计（21）。

6.根据权利要求5所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，在所述的箱型试验槽（15）的内部设有下游透水板（17），所述的下游透水板（17）位于溢流孔（19）的水流上游位置。

7.根据权利要求2或4所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的变水头供水装置包括进水阀（1）、进水管（2）、塑料水管（3）、溢流口（4）、出水口（5）、双滑轮（6）、缆绳（7）、长木板（8）和可动支架(9)，所述的双滑轮（6）固定在可动支架（9）上，所述的长木板（8）上设有刻度，所述的出水口（5）经进水橡胶软管（11）与箱型试验槽（15）的螺旋式进水口（10）相连。

8.根据权利要求7所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的轴向加压装置包括压力传动装置（23）、负荷输出装置（24）、荷载测量装置（25）、竖向位移测量装置（26）、活动盖板（27）和固定支架（28），所述的活动盖板（27）可纵向移动地设置在所述的箱型试验槽（15）顶部，所述的活动盖板（27）上方安装了用于测量土体试样竖向位移的竖向位移测量装置（26），所述的竖向位移测量装置（26）与荷载测量装置（25）连接，所述的荷载测量装置（25）与负荷输出装置（24）的输出端联动连接，所述的固定支架（28）与箱型试验槽（15）固定连接，所述的压力传动装置（23）固定在所述的固定支架（28）的梁的中部位置，所述的压力传动装置（23）与负荷输出装置（24）相连。

9.根据权利要求4所述的一种模拟水库土坝渗流破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于，所述的数据终端（22）为计算机处理器，所述的数据采集及传输元件（14）为模数转换器（A-D）及串口。