【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水利工程装置，具体涉及一种溃坝水槽模型试验装置，还涉及一种溃坝水槽模型试验方法。
技术介绍
1、随着水电开发技术的成熟和能源需求的扩大，我国水利工程建设正经历一个新的建设高峰。据全国水利普查公告统计，我国已建成各类水库大坝9万余座，是当今拥有水库大坝数量最多的国家。因此，从保障国家公共安全和工程安全的角度，亟需深入研究大坝的溃坝灾变机理，对溃坝风险进行更为全面、及时、准确的识别和预警，以及制定适当的预警系统和应急抢险措施具有重要意义。
2、目前，溃坝水槽模型试验是再现溃坝过程和揭示溃坝机理最有效的手段，然而现有水槽设计时仅针对某一特定类别的试验，功能较为单一，无法实现仅用同一水槽装置进行单一溃坝试验、梯级连溃试验和溃坝洪水演化规律试验，频繁更换试验装置不仅浪费研究资源，还增加了研究的复杂性。此外，大坝溃口的横向展宽和纵向下切是研究大坝溃坝灾变机理的重要指标，在溃坝过程中，库水与坝体填筑料混合，使得无法真实有效地测量溃口的横向展宽和纵向下切，限制了水槽模型试验的发展。
技术实现思路
1、本专利技术的第一目的是提供一种溃坝水槽模型试验装置，解决了现有技术中溃坝水槽装置功能过于单一的问题。
2、本专利技术的第二目的是提供一种溃坝水槽模型试验方法，具有重复性高且试验测量数据的准确性和精度高的特点。
3、本专利技术所采用的第一种技术方案是，溃坝水槽模型试验装置，包括水槽，水槽进水端连通有地下水库，水槽出水端连通有沉砂池，地下水库和沉砂池通过管
4、水槽内填筑模型坝，模型坝与水槽进水端之间设有闸门瞬时启动装置；
5、还包括信号连接的监控组件和数据采集系统，用于记录模型坝的状态。
6、本专利技术第一种技术方案的特点还在于：
7、水槽包括钢制骨架，钢制骨架底部固接有水槽底板，钢制骨架周向内嵌有钢化玻璃。
8、试验装置还包括水槽支柱，水槽支柱之间连接有横梁，横梁之间连接有滑轨；
9、滑轨上滑动连接有液压压实装置和溃口测量装置。
10、液压压实装置包括滑动连接在滑轨上的本体，本体内设有相对的一组支架，一组支架之间设有小型滑轨，小型滑轨与滑轨方向垂直，小型滑轨上滑动连接有液压缸，液压缸连接有液压泵，液压泵连接有电动机，液压缸伸缩端连接有液压伸缩杆，液压伸缩杆伸缩端通过螺栓连接有压实板；
11、模型坝上、下游两侧均设有筑坝模具，筑坝模具靠近上、下游的侧壁抵接有重物，压实板用于压实筑坝模具之间的模型坝。
12、溃口测量装置包括测量标杆、底座、套筒和结构架，测量标杆底部连接底座，测量标杆杆身位于套筒内，套筒在结构架上设置为调节移动。
13、闸门瞬时启动装置包括设置在模型坝和水槽进水端之间的钢制闸门，钢制闸门顶部连接有钢绞线，钢绞线另一端连接有配重，配重设置在配重仓内，配重底部设置有穿过配重仓的销杆，钢绞线绕有滑轮，用于改变钢绞线延伸方向。
14、水槽底板底部设置有调坡装置；
15、调坡装置包括设置在水槽底板底部靠近进水端处的铰支座，还包括设置在水槽出水端一侧的齿轮升降架。
16、监控组件包括用于记录溃坝过程的高速高清摄像机和piv测速仪，坝踵处设置水位计，在模型坝与水槽接触的两个外侧壁粘贴有刻度尺和声发射传感器，模型坝内部埋设有孔隙水压力传感器；监控组件信号连接于数据采集系统。
17、水槽进水端和地下水库之间的管道上设置有供水系统；
18、供水系统包括沿着进水方向依次设置的水泵、三通管a、阀门a、三通管b、阀门b和电磁流量计，在三通管a和三通管b上通过管路并联有浆体搅拌系统，浆体搅拌系统进水端管路上设有阀门c，浆体搅拌系统出水端管路上设有阀门d，浆体搅拌系统底部设有浆体搅拌系统尾水阀门。
19、本专利技术所采用的另一种技术方案是，溃坝水槽模型试验方法，使用如上述的溃坝水槽模型试验装置，具体包括以下步骤：
20、步骤1，根据实际水库大坝的形状特征、来水情况以及筑坝材料确定模型坝的几何参数、入库流量以及填筑材料的颗粒级配曲线；
21、步骤2，根据步骤1确定的几何参数、入库流量以及填筑材料的颗粒级配曲线，通过齿轮升降架调节水槽底坡，根据模型坝的形状和位置，在水槽侧壁上绘制大坝轮廓和网格，并在钢化玻璃外侧粘贴刻度尺；
22、步骤3，通过土工试验获取填筑料的最大干密度ρdmax、最小干密度ρdmin以及最优含水率力学参数，根据实际大坝相对密度dr，由dr＝[(ρd-ρdmin)ρdmax]/[(ρdmax-ρdmin)ρd]计算出坝体填筑的干密度ρd，在水槽中利用筑坝模具和液压压实装置对坝体进行分层填筑，填筑过程中将坝内孔隙水压力计埋设在预设位置，填筑至指定坝顶高度后，按照绘制的大坝轮廓对填筑土体进行削坡处理，采用间隔喷漆的方式将下游坝面划分为大小适宜的方格，便于观察溃坝过程；
23、步骤4，将高速高清摄像机、piv测速仪、水位计、声发射传感器和溃口测量装置安装在预设位置，并将上述设备连接于数据采集系统，仪器设备调试到最佳状态；
24、步骤5，根据所进行的试验类别选择供水路线和闸门启闭状态；
25、当试验考虑上游水流中泥沙含量对溃坝过程的影响时，供水路线依次为水泵、三通管a、阀门c、浆体搅拌系统、阀门d、三通管b、阀门b进入水槽中；不考虑泥沙含量影响时，供水路线则为水泵、三通管a、阀门a、三通管b、阀门b进入水槽中，通过阀门b调节来水流量，采用电磁流量计进行精确控制；
26、当进行单一溃坝试验时，闸门一直保持开启状态，在门槽处放置水流矫正栅；
27、当进行连溃试验时，若将上游大坝设计为瞬溃模式，则无需填筑上游大坝，通过快速提起闸门释放水体进行连溃试验；
28、若上游大坝设计为逐渐溃坝模式，则在水槽中填筑上游大坝和下游大坝，闸门一直处于开启状态；
29、当进行溃坝洪水演化规律试验时，在水槽底板上铺设一定厚度的填筑材料模拟河床，闸门的启闭根据试验设计方案确定；
30、步骤6，打开所有测量装置和监控组件，开启水泵进行供水，通过阀门b调节来水流量，采用电磁流量计进行精确控制；
31、步骤7，待模型坝坝前库水漫过坝顶后，在上游均匀散布白色泡沫小球，作为测量水流表面流速的示踪粒子，在水槽出水端用量筒接取水沙混合液体，并记录取样时间；
32、步骤8，通过高速高清摄像机获得的录像观察溃坝演化过程，坝前水位计得到的监测数据根据水量平衡方程获得溃口流量过程线，读取测量标杆上的数值获得溃口的横向展宽和纵向下切过程，坝内孔隙水压力计测得坝体内部土体状态和渗透特性，示踪粒子和piv测速仪获得水流表面流速，声发射传感器测得的微震和声波信号从能量的角度分析溃坝过程，通过测量接取的水沙混合液体样品的质量和体积，记录完毕后将样品烘干，测量固体颗粒质量，获得溃坝洪本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，包括水槽，水槽进水端连通有地下水库(12)，水槽出水端连通有沉砂池(32)，地下水库(12)和沉砂池(32)通过管路连通，地下水库(12)、水槽和沉砂池(32)通过管路构成循环系统；
2.根据权利要求1所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述水槽包括钢制骨架(20)，钢制骨架(20)底部固接有水槽底板(34)，钢制骨架(20)周向内嵌有钢化玻璃(21)。
3.根据权利要求2所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括水槽支柱(17)，水槽支柱(17)之间连接有横梁(36)，横梁(36)之间连接有滑轨(22)；
4.根据权利要求3所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述液压压实装置(23)包括滑动连接在滑轨(22)上的本体，本体内设有相对的一组支架(23-7)，一组支架(23-7)之间设有小型滑轨(23-6)，所述小型滑轨(23-6)与滑轨(22)方向垂直，小型滑轨(23-6)上滑动连接有液压缸(23-4)，液压缸(23-4)连接有液压泵(23-8)，液压泵(23-8)连接有电动机(23
5.根据权利要求3所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述溃口测量装置(24)包括测量标杆(24-2)、底座(24-4)、套筒(24-3)和结构架(24-1)，测量标杆(24-2)底部连接底座(24-4)，测量标杆(24-2)杆身位于套筒(24-3)内，套筒(24-3)在结构架(24-1)上设置为调节移动。
6.根据权利要求1所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述闸门瞬时启动装置(18)包括设置在模型坝(27)和水槽进水端之间的钢制闸门(33)，钢制闸门(33)顶部连接有钢绞线(18-2)，钢绞线(18-2)另一端连接有配重(18-3)，配重(18-3)设置在配重仓内，配重(18-3)底部设置有穿过配重仓的销杆(18-4)；钢绞线(18-2)绕有滑轮(18-1)，用于改变钢绞线(18-2)延伸方向。
7.根据权利要求2所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述水槽底板(34)底部设置有调坡装置；
8.根据权利要求1-7中任一项所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述监控组件包括用于记录溃坝过程的高速高清摄像机(39)和PIV测速仪(38)，坝踵处设置水位计(40)，在模型坝(27)与水槽接触的两个外侧壁粘贴有刻度尺和声发射传感器(42)，模型坝(27)内部埋设有孔隙水压力传感器(41)；监控组件信号连接于数据采集系统(43)。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述水槽和地下水库(12)之间的管道上设置有供水系统；
10.溃坝水槽模型试验方法，使用如权利要求8-9中任一项所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，具体包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，包括水槽，水槽进水端连通有地下水库(12)，水槽出水端连通有沉砂池(32)，地下水库(12)和沉砂池(32)通过管路连通，地下水库(12)、水槽和沉砂池(32)通过管路构成循环系统；
2.根据权利要求1所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述水槽包括钢制骨架(20)，钢制骨架(20)底部固接有水槽底板(34)，钢制骨架(20)周向内嵌有钢化玻璃(21)。
3.根据权利要求2所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括水槽支柱(17)，水槽支柱(17)之间连接有横梁(36)，横梁(36)之间连接有滑轨(22)；
4.根据权利要求3所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述液压压实装置(23)包括滑动连接在滑轨(22)上的本体，本体内设有相对的一组支架(23-7)，一组支架(23-7)之间设有小型滑轨(23-6)，所述小型滑轨(23-6)与滑轨(22)方向垂直，小型滑轨(23-6)上滑动连接有液压缸(23-4)，液压缸(23-4)连接有液压泵(23-8)，液压泵(23-8)连接有电动机(23-5)，液压缸(23-4)伸缩端连接有液压伸缩杆(23-3)，液压伸缩杆(23-3)伸缩端通过螺栓(23-2)连接有压实板(23-1)；
5.根据权利要求3所述的溃坝水槽模型试验装置，其特征在于，所述溃口测量装置(24)包括测量标杆(24-2)、底座(24-4)、套筒(24-3)和结构架(24-1...
【专利技术属性】
技术研发人员：李炎隆，邱文，张野，温立峰，王婷，卜鹏，王璟，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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