CN212459244U - 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，属于岩土工程领域。包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置。供水装置提供所需用水，降雨模拟装置用于模拟降雨工况，支架装置用于支撑降雨模拟装置和挂载超声设备，坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置主要用于完成坝体破坏和溃坝泥石流(洪水)运动过程研究。本实用新型可以模拟研究在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或均质土坝从坝体破坏到溃坝泥石流(洪水)在下游河道演进的过程，并通过自动化监测设备记录坝体破坏程度、坝体孔隙水压力、坝体变形、溃坝泥石流(洪水)冲击力、流速和淹没高度等参数，实现对坝体破坏及致灾过程的研究。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，主要用于尾矿坝或均质土坝破坏过程和溃坝泥石流(洪水)致灾过程实验研究，属于岩土工程技术领域。
背景技术
溃坝是一种低概率、高危害的社会致灾因素，一旦失事其危害十分巨大,会造成严重的人员伤亡与财产损失。尾矿库作为矿山的三大基础工程之一，也是金属非金属矿山的重大危险源。尾矿坝大多由松散的尾矿砂材料构筑自身稳定性差，尾矿库高大的坝体与地面形成的巨大高差积聚了大量势能，在突发暴雨、山洪或地震等极端条件下极易诱发尾矿坝溃坝，一旦发生溃坝后果不堪设想。例如，2008年，山西省襄汾县新塔矿业有限公司发生“9·8”特别重大尾矿库溃坝事故，事故共造成277人死亡、4人失踪、34人受伤，直接经济损失达9619.2万元。
已建大坝中90％以上为土石坝，虽然它们在防洪、发电、供水、灌溉中发挥了重要作用，但土石坝受筑坝材料影响稳定性差，存在着极高的溃坝危险。例如，2001年，四川大路沟水库坝高44米均质土坝因渗透破坏发生溃决，造成26人死亡，10人失踪和大量财产损失。
目前，关于溃坝问题的研究可分为两大方面：(1)溃坝泥石流(洪水)在下游沟谷演进过程问题；(2)大坝自身破坏溃决过程问题。相关研究成果和实际工程经验表明，有效的大坝溃决预警机制和防灾减灾方案能显著减少人员伤亡和财产损失。另一方面，快速、准确地预报溃坝泥石流(洪水)演进过程能够对防灾减灾方案制定和实施提供重要的参考依据。但已有成果多侧重于溃坝泥石流(洪水)演进模型和计算方法研究，忽略了坝体破坏过程与溃坝泥石流(洪水)致灾过程的内在连续性，与实际溃坝致灾过程存在一定差别。
洪水漫顶、坝基失稳、管涌、地震是导致坝体破坏的主要原因。在实验室条件下，坝体破坏问题的研究一般按照模型相似原理进行堆坝实验，针对洪水漫顶、地震破坏的实验装置较多，对大坝管涌破坏实验研究较少；溃坝泥石流(洪水)演进问题的模拟通常会在沟槽中进行，预先配制一定浓度的泥浆，盛放与沟槽端部用闸门隔开，通过控制闸门释放泥浆，模拟瞬时溃坝形成的泥石流(洪水)，相对于渐进破坏的溃坝过程，其实验结果偏大。从坝体破坏到形成溃坝泥石流(洪水)是一个连续的致灾过程，目前的实验研究通常将两个过程割裂开单独研究与实际溃坝过程不符，仍存在不足和需要改进的地方。此外尽管大比例尺条件下的溃坝土工实验可以完整的模拟重现溃坝过程中的坝体破坏与溃坝泥石流(洪水)致灾过程，但大比例尺条件下的溃坝土工实验在还原坝体与原始地形过程中工程操作琐碎，人力物力耗费巨大，难以进行大量重复实验以保证实验的高效性。因此强调的溃坝实验装置的连续性、一体性和高效性，具有重要的应用意义。
发明内容
针对现有溃坝实验装置的不足，本实用新型提供了一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，该装置可以模拟在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或均质土坝从坝体破坏到形成溃坝泥石流(洪水)在下游河道演进的过程，并通过自动化监测设备记录坝体破坏程度、坝体孔隙水压力、坝体变形、溃坝泥石流(洪水)冲击力、流速和淹没高度等参数变化，进而实现对坝体破坏及致灾过程的研究。
本实用新型采用的技术方案是：一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置；
所述供水装置的一个出水口与降雨模拟装置连接，另一个出水口位于坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置左端上方；降雨模拟装置固定在支架装置左侧顶部，坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置位于支架装置下方；
所述坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置包括冲击力传感器23、冲击力数据传输线24、计算机28、泥浆回收箱29、三维激光扫描仪30、实验槽端部挡板31、实验槽侧面挡板32、堆积坝坝体33、管涌导管34、孔隙水压力数据传输线35、溃坝实验槽36、实验槽支柱37、水位刻度线38、坝体变形观测网格39、实验槽底板40、高速摄像机41，溃坝实验槽36右端开口、左端设有实验槽端部挡板31、两侧设有实验槽侧面挡板32，实验槽侧面挡板32由透明材料制成，实验槽侧面挡板32上设有水位刻度线38、坝体变形观测网格39，实验槽底板40底部设有实验槽支柱37支撑，泥浆回收箱29位于溃坝实验槽36右端下方，堆积坝坝体33位于溃坝实验槽36上的坝体变形观测网格39处且其坝体内埋设有管涌导管34，管涌导管34的两端伸出堆积坝坝体33外部，冲击力传感器23安置于堆积坝坝体33右侧下游且通过冲击力数据传输线24与计算机28连接，三维激光扫描仪30位于泥浆回收箱29右侧正对堆积坝坝体33，高速摄像机41正对坝体变形观测网格39。
具体地，所述管涌导管34包括进水管46、出水管47、圆柱体柔性钢丝网48、钢丝网骨架49、止水帽50，进水管46左端设有止水帽50，右端与钢丝网骨架49固定连接，圆柱体柔性钢丝网48将钢丝网骨架49完全包裹构成一个圆柱体钢丝网通道，出水管47与进水管46右端接触并将圆柱体柔性钢丝网48完全包裹，圆柱体柔性钢丝网48的网眼直径大于堆积坝坝体33堆筑材料的平均粒径。
更具体地，所述圆柱体柔性钢丝网48内径略大于柔性钢丝网骨架49外径，圆柱体柔性钢丝网48在一定滑动阻力条件下滑动插入钢丝网骨架49，出水管47内径大于圆柱体柔性钢丝网48外径，可自由的装入或拔出。
优选地，所述的坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置还包括埋设的堆积坝坝体33内部的孔隙水压力传感器45，孔隙水压力传感器45通过孔隙水压力数据传输线35与计算机28连接。
具体地，所述的供水装置包括储水箱1、总阀门2、抽水电机3、水管Ⅰ4、水管Ⅱ5、阀门Ⅰ6、流量计Ⅰ7、水管Ⅲ8、水管Ⅳ9、阀门Ⅱ10、流量计Ⅱ11、水管Ⅴ12，储水箱1外接总阀门2，总阀门2、抽水电机3、水管Ⅰ4、水管Ⅱ5依次连接，水管Ⅱ5末端分为两条管路，阀门Ⅰ6与水管Ⅲ8连接组成一条管路，水管Ⅲ8上设有流量计Ⅰ7，水管Ⅳ9末端与水管Ⅴ12连接组成另一条管路，水管Ⅳ9上设有阀门Ⅱ10，水管Ⅴ12上设有流量计Ⅱ11，水管Ⅲ8的出水口与降雨模拟装置连通，水管Ⅴ12的出水口位于溃坝实验槽36左侧上方。
具体地，所述的降雨模拟装置包括降雨总水管16、降雨分水管17、降雨喷管18、降雨喷头44，水管Ⅲ8的出水口与降雨总水管16的进水口连通，两个相互平行的降雨总水管16间等距设有若干根降雨分水管17，降雨分水管17与降雨总水管16垂直连接构成方形闭合回水管路，降雨分水管17上等距设有降雨喷管18，每个降雨喷管18上设有3个降雨喷头44。
具体地，所述支架装置包括支撑柱Ⅰ13、水平横梁Ⅰ14、降雨水管支座15、设备挂架横梁19、设备挂架20、超声波泥位计21、超声波测速仪22、水平横梁Ⅱ26、支撑柱Ⅱ27，四个水平横梁Ⅰ14相互垂直连接，支撑柱Ⅰ13顶端与水平横梁Ⅰ14连接构成立方形支架，设备挂架横梁19一端与立方形支架右侧水平横梁Ⅰ14中部连接，另一端与水平横梁Ⅱ26中部连接，水平横梁Ⅱ26两端与支撑柱Ⅱ27顶端垂直连接，设备挂架横梁19底面设有设备挂架20、若干个导线环25，设备挂架20上设有超声波泥位计21、超声波测速仪22，与所述设备挂架横梁19平行的两个水平横梁Ⅰ14上分别等距设有若干个降雨水管支座15，冲击力数据传输线24、孔隙水压力数据传输线35穿过导线环25与计算机28连接。
优选地，所述设备挂架横梁19底面等距设有若干个螺孔43，设备挂架20顶端设有螺头42，通过螺头42将设备挂架20固定于设备挂架横梁19底面螺孔434处。
优选地，所述实验槽侧面挡板32采用透明玻璃或透明有机玻璃材料制成，堆积坝坝体33由尾矿砂或均质黏土类材料堆积而成。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型可以实现在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或土石坝从坝体破坏到形成溃坝泥石流(洪水)整个致灾过程的模拟研究；
2、本实用新型可以建立大坝自身失稳破坏过程与溃坝泥石流(洪水)在下游河道演进过程在时空上的连续性关系，了解溃坝过程的机理和溃坝风险的实质,把握溃坝泥石流(洪水)运动的规律；
3、本实用新型通过自动化监测设备自动记录各种实验参数，提高模拟实验的效率，节省大量的人力和物力；
4、通过实验参数对大坝进行溃决计算,可以预测溃坝泥石流(洪水)的态势，了解溃坝泥石流(洪水)可能的影响范围，制定相应的防灾减灾措施；
5、通过实验获取的参数可用来校正以及检测相关数值模拟的结果。
附图说明
图1是本实用新型装置结构示意图；
图2是本实用新型中供水装置和降雨模拟装置的结构示意图；
图3是本实用新型中降雨模拟装置的结构示意图；
图4是本实用新型中支架装置的结构示意图；
图5是本实用新型中设备挂架与设备挂架横梁连接结构的示意图；
图6是本实用新型中坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置的结构示意图；
图7是本实用新型中管涌导管的结构示意图。
图中各标号为：1—储水箱、2—总阀门、3—抽水电机、4—水管Ⅰ、5—水管Ⅱ、6—阀门Ⅰ、7—流量计Ⅰ、8—水管Ⅲ、9—水管Ⅳ、10—阀门Ⅱ、11—流量计Ⅱ、12—水管Ⅴ、13—支撑柱Ⅰ、14—水平横梁Ⅰ、15—降雨水管支座、16—降雨总水管、17—降雨分水管、18—降雨喷管、19—设备挂架横梁、20—设备挂架、21—超声波泥位计、22—超声波测速仪、23—冲击力传感器、24—冲击力数据传输线、25—导线环、26—水平横梁Ⅱ、27—支撑柱Ⅱ、28—计算机、29—泥浆回收箱、30—三维激光扫描仪、31—实验槽端部挡板、32—实验槽侧面挡板、33—堆积坝坝体、34—管涌导管、35—孔隙水压力数据传输线、36—溃坝实验槽、37—实验槽支柱、38—水位刻度线、39—坝体变形观测网格、40—实验槽底板、41—高速摄像机、42—螺头、43—螺孔、44—降雨喷头、45—孔隙水压力传感器、46—进水管、47—出水管、48—圆柱体柔性钢丝网、49—钢丝网骨架、50—止水帽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1至7所示，一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置；
所述供水装置的一个出水口与降雨模拟装置连接，另一个出水口位于坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置左端上方；降雨模拟装置固定在支架装置左侧顶部，坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置位于支架装置下方；
所述坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置包括冲击力传感器23、冲击力数据传输线24、计算机28、泥浆回收箱29、三维激光扫描仪30、实验槽端部挡板31、实验槽侧面挡板32、堆积坝坝体33、管涌导管34、孔隙水压力数据传输线35、溃坝实验槽36、实验槽支柱37、水位刻度线38、坝体变形观测网格39、实验槽底板40、高速摄像机41，溃坝实验槽36右端开口、左端设有实验槽端部挡板31、两侧设有实验槽侧面挡板32，实验槽侧面挡板32由透明材料制成，实验槽侧面挡板32上设有水位刻度线38、坝体变形观测网格39，实验槽底板40底部设有实验槽支柱37支撑，泥浆回收箱29位于溃坝实验槽36右端下方，堆积坝坝体33位于溃坝实验槽36上的坝体变形观测网格39处且其坝体内埋设有管涌导管34，管涌导管34的两端伸出堆积坝坝体33外部，冲击力传感器23安置于堆积坝坝体33右侧下游且通过冲击力数据传输线24与计算机28连接，三维激光扫描仪30位于泥浆回收箱29右侧正对堆积坝坝体33，高速摄像机41正对坝体变形观测网格39。
所述的水位刻度线38用于观测坝体内水位高度，堆积坝坝体33由尾矿砂或均质黏土类材料堆积而成位于坝体变形观测网格39处，高速摄像机41正对坝体变形观测网格39记录堆积坝坝体33从初试位置到最终破坏的影像，通过影像分析以坝体观测网格39为基准获取坝体偏移量，进而计算出坝体的竖向沉降量、纵向变形量，管涌导管34和孔隙水压力传感器45埋设于堆积坝坝体33内，管涌导管34用于模拟坝体管涌破坏时的管涌通道，孔隙水压力传感器45用于监测坝体坝体内孔隙水压力的变化，冲击力传感器23安置于堆积坝坝体33下游用于监测溃坝泥石流洪水冲击力变化，冲击力数据传输线24和孔隙水压力数据传输线35一端分别与冲击力传感器23、孔隙水压力传感器45连接另一端穿过导线环25与计算机28连接，计算机28用于存储分析孔隙水压力、冲击力数据。
进一步地，所述管涌导管34包括进水管46、出水管47、圆柱体柔性钢丝网48、钢丝网骨架49、止水帽50，进水管46左端设有止水帽50，右端与钢丝网骨架49固定连接，圆柱体柔性钢丝网48将钢丝网骨架49完全包裹构成一个圆柱体钢丝网通道，钢丝网骨架49用于支撑圆柱体柔性钢丝网48防止因坍孔堵塞管涌通道，出水管47与进水管46接触且将圆柱体柔性钢丝网48完全包裹，圆柱体柔性钢丝网48的网眼直径大于堆积坝坝体33堆筑材料的平均粒径，否则水流不能从网眼缝隙带走泥沙。
进一步地，所述圆柱体柔性钢丝网48内径略大于柔性钢丝网骨架49外径，圆柱体柔性钢丝网48在一定滑动阻力条件下滑动插入钢丝网骨架49，出水管47与进水管46自由接触且其内径大于圆柱体柔性钢丝网48外径可自由的装入或拔出并将圆柱体柔性钢丝网48完全包裹，管涌导管34结构如图7所示。进行管涌破毁坏时首先将出水管47从堆积坝坝体33内缓缓拔出，待坝体内水位稳定后将止水帽50拔出，坝体内水流在重力作用下由进水管46向出水管47方向流动，管内水流在流动过程中将圆柱体柔性钢丝网48网孔内颗粒带出，实现对管涌破坏的模拟。泥浆回收箱29位于溃坝实验槽36右端下方用于收集溃坝后产生的泥水，三维激光扫描仪30位于泥浆回收箱29右侧正对堆积坝坝体33用于监测降雨、漫顶洪水对坝体坡面的侵蚀破坏过程。
进一步地，所述的坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置还包括埋设的堆积坝坝体33内部的孔隙水压力传感器45，孔隙水压力传感器45通过孔隙水压力数据传输线35与计算机28连接。
进一步地，所述的供水装置包括储水箱1、总阀门2、抽水电机3、水管Ⅰ4、水管Ⅱ5、阀门Ⅰ6、流量计Ⅰ7、水管Ⅲ8、水管Ⅳ9、阀门Ⅱ10、流量计Ⅱ11、水管Ⅴ12，储水箱1外接总阀门2，总阀门2、抽水电机3、水管Ⅰ4、水管Ⅱ5依次连接，水管Ⅱ5末端分为两条管路，阀门Ⅰ6与水管Ⅲ8连接组成一条管路，水管Ⅲ8上设有流量计Ⅰ7，水管Ⅳ9末端与水管Ⅴ12连接组成另一条管路，水管Ⅳ9上设有阀门Ⅱ10，水管Ⅴ12上设有流量计Ⅱ11，水管Ⅲ8的出水口与降雨模拟装置连通，水管Ⅴ12的出水口位于溃坝实验槽36左侧上方。所述储水箱1中蓄水由抽水电机3抽出为模拟降雨、洪水工况提供动力保证，水流经总阀门2、水管Ⅰ4后流入水管Ⅱ5，在水管Ⅱ5末端分为两条管路，水流经阀门Ⅰ6、流量计Ⅰ7、水管Ⅲ8组成一条管路为降雨模拟装置提供供水，通过阀门Ⅰ6与流量计Ⅰ7配合控制实现对降雨强度的控制，水流经水管Ⅳ9、阀门Ⅱ10、流量计Ⅱ11、水管Ⅴ12组成的另一条管路，向溃坝实验槽36内供水，通过阀门Ⅱ10、流量计Ⅱ11的配合控制可以实现对的洪水流量的控制与供水的通断，总阀门2控制整个供水装置水流的通断。
进一步地，所述的降雨模拟装置包括降雨总水管16、降雨分水管17、降雨喷管18、降雨喷头44，水管Ⅲ8的出水口与降雨总水管16的进水口连通，两个相互平行的降雨总水管16间等距设有若干根降雨分水管17，降雨分水管17与降雨总水管16垂直连接构成方形闭合回水管路，降雨分水管17上等距设有降雨喷管18，每个降雨喷管18上设有3个降雨喷头44。水流经降雨总水管16、降雨分水管17流进降雨喷管18，在水压和重力作用下从降雨喷头44喷出，实现对降雨的模拟。
进一步地，所述支架装置包括支撑柱Ⅰ13、水平横梁Ⅰ14、降雨水管支座15、设备挂架横梁19、设备挂架20、超声波泥位计21、超声波测速仪22、导线环25、水平横梁Ⅱ26、支撑柱Ⅱ27、螺头42、螺孔43。所述四个水平横梁Ⅰ14相互垂直连接，支撑柱Ⅰ13顶端与水平横梁Ⅰ14连接构成立方形支架，设备挂架横梁19一端与立方形支架右侧水平横梁Ⅰ14中部连接另一端与水平横梁Ⅱ26中部连接，水平横梁Ⅱ26两端与支撑柱Ⅱ27顶端垂直连接，构成整个支架的主要挂载部分。与设备挂架横梁19平行的两根水平横梁Ⅰ14上分别等距设有3个降雨水管支座15，降雨水管支座15用于固定支撑降雨模拟装置，设备挂架横梁19底面设有一组螺孔43、导线环25，设备挂架20顶端设有螺头42且其通过螺头42固定于设备挂架横梁19底面螺孔43上，设备挂架20上设有超声波泥位计21、超声波测速仪22，超声波泥位计21用于监测记录溃坝泥石流洪水的流动深度变化，超声波测速仪22用于监测记录溃坝泥石流洪水的流速变化，设备挂架20设置数量和位置可根据实验需求选择。
进一步地，所述设备挂架横梁19底面等距设有若干个螺孔43，设备挂架20顶端设有螺头42，通过螺头42将设备挂架20固定于设备挂架横梁19底面螺孔43处。由于螺孔43的数量较多，可以根据实际情况确定设备挂架20的安装位置。
进一步地，所述实验槽侧面挡板32采用透明玻璃或透明有机玻璃材料制成，堆积坝坝体33由尾矿砂或均质黏土类材料堆积而成。
利用本装置进行散体堆积坝失稳致灾全过程监测实验的具体操作步骤如下：
1、设计实验。根据实验设计需求确定实验堆积坝坝高H、坝顶宽L1、坝底宽L2、堆积坝内坡角α、堆积坝外坡角β，库内水位高h，设计降雨强度Qj，洪水流量Qh，所需设备挂架20的数量及挂载位置，管涌破坏位置即管涌导管34在坝体安放位置，设计管涌破坏实验时库内水位设计高度h应淹没管涌导管34所在位置，否则无法进行管涌破坏实验。
2、堆积实验坝。根据设计堆积坝坝高H、坝顶宽L1、坝底宽L2、堆积坝内坡角α、堆积坝外坡角β几何参数，用尾矿砂或均质粘性土在坝体变形观测网格39处堆筑堆积坝坝体33，在堆筑堆积坝坝体33过程中根据设计管涌破坏位置埋设管涌导管34，孔隙水压力传感器45埋设完成后连接孔隙水压力数据传输线35，如果不进行管涌破坏实验则不埋设管涌导管34。
3、实验准备。将冲击力数据传输线24、孔隙水压力数据传输线35与传感器连接完成后穿过导线环25与计算机28连接，启动计算机28查看是否能正常接受冲击力传感器23、孔隙水压力传感器45信号，安装设备挂架20后调试开启超声波泥位计21、超声波测速仪22，将泥浆回收箱29放置于溃坝实验槽36右端下方，将三维激光扫描仪30放置于泥浆回收箱29右侧正对堆积坝坝体33并启动，将高速摄像机41正对坝体变形观测网格39并启动。
4、进行试验。开启总阀门2、阀门Ⅱ10，启动抽水电机3向堆积坝内供水，观测水位刻度线38当库内水位高度达到h时关闭阀门Ⅱ10。进行降雨模拟时开启阀门Ⅰ6向降雨模拟装置供水，并调节阀门Ⅰ6观测流量计Ⅰ7，当流量计指针指向Qj时停止调节，表明此时降雨强度达到实验设计雨强；进行管涌破坏模拟时首先将出水管47缓缓从堆积坝内拔出，然后将止水帽50拔出，库内积水从进水管46进入管涌导管34，管内水流在流动过程中将圆柱体柔性钢丝网48网孔内颗粒带出；进行洪水漫顶破坏时重新开启阀门Ⅱ10，并调节阀门Ⅱ10观测流量计Ⅱ11，当流量计指针指向Qh时停止调节，表明此时模拟洪水达到实验设计流量。
5、实验结束后，保存数据，然后分析处理数据。
6、重复上述实验步骤1～5，通过堆筑不同几何尺寸的实验堆积坝，设计不同坝内水位高度、降雨强度、洪水流量、管涌破坏位置和选则不同坝体破坏原因以及多种原因的耦合破坏，可实现对坝体破坏及溃坝泥石流洪水致灾过程的系统研究。
本实用新型针对当前有关溃坝实验装置的不足，开发了一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，模拟土石坝或尾矿坝在降雨、洪水工况条件下坝体破坏和溃坝后的致灾过程，以全方位模拟探究溃坝致灾过程机理。本实用新型通过各装置间的配合可以模拟研究在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或均质土坝从坝体破坏和溃坝泥石流洪水在下游河道演进的过程，并通过自动化监测设备记录坝体破坏程度、坝体孔隙水压力、坝体变形、溃坝泥石流洪水冲击力、流速和淹没高度等参数，进而实现对坝体破坏及致灾过程的研究。
以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对于本领域的一般技术人员，在不脱离本实用新型宗旨的前提下还可作出各种变化。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (10)
1.一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置；
所述供水装置的一个出水口与降雨模拟装置连接，另一个出水口位于坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置左端上方；降雨模拟装置固定在支架装置左侧顶部，坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置位于支架装置下方；
所述坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置包括冲击力传感器(23)、冲击力数据传输线(24)、计算机(28)、泥浆回收箱(29)、三维激光扫描仪(30)、实验槽端部挡板(31)、实验槽侧面挡板(32)、堆积坝坝体(33)、管涌导管(34)、孔隙水压力数据传输线(35)、溃坝实验槽(36)、实验槽支柱(37)、水位刻度线(38)、坝体变形观测网格(39)、实验槽底板(40)、高速摄像机(41)，溃坝实验槽(36)右端开口、左端设有实验槽端部挡板(31)、两侧设有实验槽侧面挡板(32)，实验槽侧面挡板(32)由透明材料制成，实验槽侧面挡板(32)上设有水位刻度线(38)、坝体变形观测网格(39)，实验槽底板(40)底部设有实验槽支柱(37)支撑，泥浆回收箱(29)位于溃坝实验槽(36)右端下方，堆积坝坝体(33)位于溃坝实验槽(36)上的坝体变形观测网格(39)处且其坝体内埋设有管涌导管(34)，管涌导管(34)的两端伸出堆积坝坝体(33)外部，冲击力传感器(23)安置于堆积坝坝体(33)右侧下游且通过冲击力数据传输线(24)与计算机(28)连接，三维激光扫描仪(30)位于泥浆回收箱(29)右侧正对堆积坝坝体(33)，高速摄像机(41)正对坝体变形观测网格(39)。
2.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述管涌导管(34)包括进水管(46)、出水管(47)、圆柱体柔性钢丝网(48)、钢丝网骨架(49)、止水帽(50)，进水管(46)左端设有止水帽(50)，右端与钢丝网骨架(49)固定连接，圆柱体柔性钢丝网(48)将钢丝网骨架(49)完全包裹构成一个圆柱体钢丝网通道，出水管(47)与进水管(46)右端接触并将圆柱体柔性钢丝网(48)完全包裹，圆柱体柔性钢丝网(48)的网眼直径大于堆积坝坝体(33)堆筑材料的平均粒径。
3.根据权利要求2所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述圆柱体柔性钢丝网(48)内径略大于柔性钢丝网骨架(49)外径，圆柱体柔性钢丝网(48)在一定滑动阻力条件下滑动插入钢丝网骨架(49)，出水管(47)内径大于圆柱体柔性钢丝网(48)外径，可自由的装入或拔出。
4.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述的坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置还包括埋设的堆积坝坝体(33)内部的孔隙水压力传感器(45)，孔隙水压力传感器(45)通过孔隙水压力数据传输线(35)与计算机(28)连接。
5.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述的供水装置包括储水箱(1)、总阀门(2)、抽水电机(3)、水管Ⅰ(4)、水管Ⅱ(5)、阀门Ⅰ(6)、流量计Ⅰ(7)、水管Ⅲ(8)、水管Ⅳ(9)、阀门Ⅱ(10)、流量计Ⅱ(11)、水管Ⅴ(12)，储水箱(1)外接总阀门(2)，总阀门(2)、抽水电机(3)、水管Ⅰ(4)、水管Ⅱ(5)依次连接，水管Ⅱ(5)末端分为两条管路，阀门Ⅰ(6)与水管Ⅲ(8)连接组成一条管路，水管Ⅲ(8)上设有流量计Ⅰ(7)，水管Ⅳ(9)末端与水管Ⅴ(12)连接组成另一条管路，水管Ⅳ(9)上设有阀门Ⅱ(10)，水管Ⅴ(12)上设有流量计Ⅱ(11)，水管Ⅲ(8)的出水口与降雨模拟装置连通，水管Ⅴ(12)的出水口位于溃坝实验槽(36)左侧上方。
6.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述的降雨模拟装置包括降雨总水管(16)、降雨分水管(17)、降雨喷管(18)、降雨喷头(44)，水管Ⅲ(8)的出水口与降雨总水管(16)的进水口连通，两个相互平行的降雨总水管(16)间等距设有若干根降雨分水管(17)，降雨分水管(17)与降雨总水管(16)垂直连接构成方形闭合回水管路，降雨分水管(17)上等距设有降雨喷管(18)，每个降雨喷管(18)上设有3个降雨喷头(44)。
7.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述支架装置包括支撑柱Ⅰ(13)、水平横梁Ⅰ(14)、降雨水管支座(15)、设备挂架横梁(19)、设备挂架(20)、超声波泥位计(21)、超声波测速仪(22)、水平横梁Ⅱ(26)、支撑柱Ⅱ(27)，四个水平横梁Ⅰ(14)相互垂直连接，支撑柱Ⅰ(13)顶端与水平横梁Ⅰ(14)连接构成立方形支架，设备挂架横梁(19)一端与立方形支架右侧水平横梁Ⅰ(14)中部连接，另一端与水平横梁Ⅱ(26)中部连接，水平横梁Ⅱ(26)两端与支撑柱Ⅱ(27)顶端垂直连接，设备挂架横梁(19)底面设有设备挂架(20)，设备挂架(20)上设有超声波泥位计(21)、超声波测速仪(22)，与所述设备挂架横梁(19)平行的两个水平横梁Ⅰ(14)上分别等距设有若干个降雨水管支座(15)。
8.根据权利要求7所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述设备挂架横梁(19)底面等距设有若干个螺孔(43)，设备挂架(20)顶端设有螺头(42)，通过螺头(42)将设备挂架(20)固定于设备挂架横梁(19)底面螺孔(43)处。
9.根据权利要求7所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述设备挂架横梁(19)底面设有若干个导线环(25)，冲击力数据传输线(24)、孔隙水压力数据传输线(35)穿过导线环(25)与计算机(28)连接。
10.根据权利要求1所述的散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，其特征在于：所述实验槽侧面挡板(32)采用透明玻璃或透明有机玻璃材料制成，堆积坝坝体(33)由尾矿砂或均质黏土类材料堆积而成。
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|---|---|---|---|
| CN202021749620.2U CN212459244U (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置 |
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| CN202021749620.2U CN212459244U (zh) | 2020-08-20 | 2020-08-20 | 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置 |
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| CN212459244U true CN212459244U (zh) | 2021-02-02 |
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|---|---|---|---|---|
| CN111855443A (zh) * | 2020-08-20 | 2020-10-30 | 昆明理工大学 | 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置 |
| CN114613239A (zh) * | 2022-03-14 | 2022-06-10 | 南昌大学 | 一种土石坝内部侵蚀机制模拟的物理实验装置 |
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2020
- 2020-08-20 CN CN202021749620.2U patent/CN212459244U/zh active Active
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| CN111855443B (zh) * | 2020-08-20 | 2024-03-01 | 昆明理工大学 | 一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置 |
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