[發明專利]一種水庫浸沒試驗模擬系統及方法

在審

• 申請號: 202110099381.3
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112798746A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 任長江;趙勇;何國華;姜仁貴;龔家國;翟家齊;何凡;王麗珍;李海紅;朱永楠
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 莎日娜

1.一種水庫浸沒試驗模擬系統，其特征在于，包括：

恒壓供水子系統(1)、儲水室(2)、試驗土箱(3)以及毛細管土柱(4)；

所述恒壓供水子系統(1)，用于根據水庫浸沒試驗的需求，在預設水頭下向所述儲水室(2)供水；

所述儲水室(2)，包括進水端和出水端，所述進水端與所述恒壓供水子系統(1)的出水口連通，所述出水端與所述試驗土箱(3)相通；

所述試驗土箱(3)，內部設置有S型水流路徑，所述S型水流路徑中自下而上分層填充有試驗土壤，所述試驗土壤自下而上依次為飽和砂礫層以及非飽和土壤層，其中，所述S型水流路徑的入水口與所述儲水室(2)的出水端相通，用于模擬水庫在水平方向上的濕潤鋒距離；

多個所述毛細管土柱(4)沿所述S型水流路徑設置，其中，所述毛細管土柱(4)垂直設置于所述試驗土箱(3)的內底部，所述毛細管土柱(4)內填裝有所述試驗土壤，用于模擬水庫兩岸地下水在毛細力作用下的上升高度。

2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述試驗土箱(3)包括：

擋板(301)，設置于所述試驗土箱(3)內，多個所述擋板(301)沿所述試驗土箱(3)的長邊按預設間距并行排列，將所述試驗土箱(3)分割成若干個相互連通的土槽子單元(302)；

其中，所述擋板(301)的一端與所述試驗土箱(3)的一長邊內側壁密封，另一端設置有透水區域，所述透水區域與相鄰兩個所述土槽子單元(302)相通，以形成所述S型水流路徑。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述透水區域包括卡槽(303)和透水孔(304)，其中：

所述卡槽(303)由所述擋板(301)的端面與所述試驗土箱(3)的另一長邊內側壁形成，用于安裝所述毛細管土柱(4)；

多個所述透水孔(304)位于擋板(301)的板面上且靠近所述卡槽(303)設置，所述透水孔(304)與相鄰兩個所述土槽子單元(302)相通。

4.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，每個所述土槽子單元(302)的中心位置處還設置有所述毛細管土柱(4)。

5.根據權利要求2～4任一項所述的系統，其特征在于，所述土槽子單元(302)的寬度與所述試驗土箱(3)的長邊具有預設比例值。

6.根據權利要求1～4任一項所述的系統，其特征在于，所述毛細管土柱(4)包括透水段(401)和非透水段(402)，其中：

所述透水段(401)垂直設置于所述試驗土箱(3)的內底部，所述非透水段(402)高于所述非飽和土壤層的上表面且與大氣相通。

7.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述擋板(301)的頂端面以及所述試驗土箱(3)與所述擋板(301)平行的兩側板頂端面均設置有刻度尺(5)。

8.根據權利要求3所述的系統，其特征在于，在模擬非承壓水頭條件下的水庫浸沒試驗中，所述儲水室(2)的出水端和所述透水區域的最高點略低于所述非飽和土壤層的上表面；

在模擬承壓水頭條件下的水庫浸沒試驗中，當所述恒壓供水子系統(1)中馬氏瓶(101)的出氣口高于所述飽和砂礫層的上表面且低于所述非飽和土壤層的上表面時，所述儲水室(2)的出水端和所述透水區域高于所述飽和砂礫層上表面的區域處于非透水狀態，所述儲水室(2)的出水端和所述透水區域低于所述飽和砂礫層上表面的區域處于透水狀態；

在模擬承壓水頭條件下的水庫浸沒試驗中，當所述恒壓供水子系統(1)中馬氏瓶(101)的出氣口高于所述非飽和土壤上表面時，所述儲水室(2)的出水端和所述透水區域高于所述飽和砂礫層上表面的區域處于非透水狀態，且所述儲水室(2)的頂端加蓋密封。

9.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述儲水室(2)的外壁上設置有水位觀察線。

10.一種水庫浸沒試驗模擬方法，其特征在于，所述方法包括：

在預設水頭下，利用如權利要求1～9任一項所述的水庫浸沒試驗模擬系統開展水庫浸沒試驗；

在所述水庫浸沒試驗中，根據試驗土箱(3)S型水流路徑中的滲透情況，測量水庫在水平方向上的濕潤鋒距離，以及根據毛細管土柱(4)中的水位情況，測量水庫兩岸地下水在毛細力作用下的上升高度；

根據所述試驗土箱(3)中飽和沙礫層的厚度、飽和沙礫層的滲透系數、非飽和土壤層的滲透系數、蓄水前后恒壓供水子系統(1)中馬氏瓶(101)的出氣口高度、斷面壅水前后所測量的水庫在水平方向上的濕潤鋒距離、斷面壅水前后所測量的水庫兩岸地下水在毛細力作用下的上升高度，計算地下水的壅高水頭線。