[發(fā)明專利]一種穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011472047.X
• 申請日: 2020-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN112697673B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫東亞;姚秋玲;劉昌軍;丁留謙;馬強(qiáng);張順福
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 趙萬凱

本申請涉及一種穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置與方法，屬于堤防滲流破壞模擬的技術(shù)領(lǐng)域，其包括試驗(yàn)箱、上游水頭調(diào)節(jié)模塊、下游流量采集模塊和下游出砂量采集模塊，試驗(yàn)箱上開設(shè)有進(jìn)水口，試驗(yàn)箱的進(jìn)水口連接有進(jìn)水管，進(jìn)水管的另一端與上游水頭調(diào)節(jié)模塊連接；試驗(yàn)箱內(nèi)靠近進(jìn)水口的位置設(shè)置滲濾組件；試驗(yàn)箱內(nèi)固定有與試驗(yàn)箱的側(cè)壁緊貼的涵管，涵管遠(yuǎn)離滲濾組件的一端穿過試驗(yàn)箱的側(cè)壁伸出到試驗(yàn)箱外部，涵管開設(shè)有滲流孔；試驗(yàn)箱的側(cè)板和上蓋板以及涵管均透明。本申請能夠?qū)Υ┑虩o壓涵管破損后堤壩的滲流破壞發(fā)展過程進(jìn)行模擬，并能夠?qū)崟r(shí)觀測堤防土體變形情況和涵管內(nèi)部水流輸砂運(yùn)動(dòng)情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及堤防滲流破壞模擬的領(lǐng)域，尤其是涉及一種穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置與方法。

背景技術(shù)

在進(jìn)行堤壩施工中，通常會(huì)在壩體下部埋設(shè)用于泄水、引水的涵管。穿堤涵管的進(jìn)口通常在水下較深處，屬于深式泄水或放水建筑物。穿堤涵管結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、工期較短、造價(jià)低，因此在中、小型工程中使用較多。穿堤涵管通常分為有壓涵管與無壓涵管兩種類型，從防止管身漏水以免影響壩體安全的方面來考慮，穿堤涵管多為無壓涵管。

由于涵管長時(shí)間受到上方回填土體的壓力、周圍填土的不均勻沉降以及涵管老化等原因，涵管管壁容易產(chǎn)生裂縫和孔洞，從而在土體與涵管之間產(chǎn)生滲流。土體中的滲流水沿裂縫和孔洞流入涵管內(nèi)，水流攜帶土壤顆粒進(jìn)入涵管內(nèi)并從涵管的出口處排出，從而在涵管周圍的土體內(nèi)產(chǎn)生空穴，威脅堤壩的安全，嚴(yán)重可導(dǎo)致潰堤事故。

堤壩的破壞過程多數(shù)是通過水槽試驗(yàn)進(jìn)行模擬，但是目前的水槽試驗(yàn)?zāi)M裝置中應(yīng)用于無壓涵管接觸滲流破壞研究的較少，不夠成熟，無法滿足科學(xué)研究的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了對穿堤無壓涵管破損后堤壩的滲流破壞發(fā)展過程進(jìn)行模擬，本申請?zhí)峁┮环N穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置與方法。

一方面，本申請?zhí)峁┑囊环N穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置采用如下的技術(shù)方案：

一種穿堤無壓涵管接觸滲流破壞的可視化試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱、上游水頭調(diào)節(jié)模塊、下游流量采集模塊和下游出砂量采集模塊，所述試驗(yàn)箱水平方向的側(cè)板上開設(shè)有進(jìn)水口，所述試驗(yàn)箱的頂部開口并利用可拆卸的上蓋板封閉，所述試驗(yàn)箱的進(jìn)水口連接有進(jìn)水管，所述進(jìn)水管的另一端與上游水頭調(diào)節(jié)模塊連接；所述試驗(yàn)箱內(nèi)靠近進(jìn)水口的位置設(shè)置有將試驗(yàn)箱內(nèi)部空間進(jìn)行分割的透水的滲濾組件；所述試驗(yàn)箱內(nèi)固定有水平設(shè)置并與滲濾組件垂直的涵管，所述涵管與試驗(yàn)箱的側(cè)壁緊貼，所述涵管遠(yuǎn)離滲濾組件的一端穿過試驗(yàn)箱的側(cè)壁伸出到試驗(yàn)箱外部，所述涵管伸出到試驗(yàn)箱外部的一端開口形成滲流出口，所述涵管的滲流出口處與下游流量采集模塊連接；所述涵管位于滲濾組件與試驗(yàn)箱靠近涵管的滲流出口的側(cè)壁之間的部分開設(shè)有模擬涵管破損的滲流孔；所述試驗(yàn)箱的側(cè)板和上蓋板以及涵管均透明可視化。

通過采用上述技術(shù)方案，滲濾組件將試驗(yàn)箱分為兩部分，靠近進(jìn)水口的為上游水體區(qū)，另一部分為土樣填充區(qū)，試驗(yàn)箱內(nèi)的土樣變化和涵管內(nèi)的變化均能夠在外部觀測到；利用游水頭調(diào)節(jié)模塊不斷提高水頭，試驗(yàn)箱內(nèi)靠近涵管滲流孔的土樣在滲流的帶動(dòng)下進(jìn)入涵管內(nèi)部并隨著時(shí)間的推移被攜帶出涵管，從而在填充土樣內(nèi)產(chǎn)生孔洞甚至塌陷，能夠?qū)Υ┑虩o壓涵管接觸滲流破壞的發(fā)展過程進(jìn)行可視化的模擬，有助于對穿堤無壓涵管接觸滲流破壞機(jī)理的研究。

優(yōu)選的，所述試驗(yàn)箱遠(yuǎn)離進(jìn)水口的側(cè)壁開口并利用可拆卸的側(cè)蓋板封閉；所述側(cè)蓋板上開設(shè)有預(yù)留孔，所述涵管與所述預(yù)留孔配合并從預(yù)留孔中穿出，所述預(yù)留孔的孔壁與涵管的管壁之間利用密封膠封堵。

通過采用上述技術(shù)方案，設(shè)置側(cè)蓋板，方便在試驗(yàn)箱豎直的狀態(tài)下進(jìn)行土樣的裝填，在壓實(shí)的過程中使得土樣能夠與上蓋板緊密貼合，避免在土樣與上蓋板之間產(chǎn)生空隙。

優(yōu)選的，所述上蓋板和側(cè)蓋板利用卡扣組件固定在試驗(yàn)箱上。

通過采用上述技術(shù)方案，能夠快速的將上蓋板和側(cè)蓋板安裝到試驗(yàn)箱上或者從試驗(yàn)箱上取下來。