CN203096683U - 一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置 - Google Patents

一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置 Download PDF

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陈亮
詹泸成
黄德文
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Abstract

本实用新型公开了一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：包括具有进水口的模型槽、连接进水口的基于单片机的智能水头控制***、位于模型槽外侧面不同位置的若干水头测量装置、位于模型槽内的上部不同位置的若干变形测量装置、设置于模型槽内上游处的透水板、设置于模型槽内下游处的安装隔板、设置于安装隔板外侧的排水孔、排水孔下部接有电子流量计。通过改变模型槽隔板位置的方式，可模拟堤防各种水力梯度下的渗透破坏发展过程。它适用于堤防工程渗流与渗透破坏的研究，为实际堤防工程的施工、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。

Description

一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置
技术领域
本实用新型涉及水利试验装置，尤其是涉及一种堤防工程渗透破坏模型试验装置。
背景技术
堤基与堤身的渗流对河道堤坝的破坏危害最大，其发生数量多，分布范围广，且易发生重大溃堤险情。世界堤防和大坝（土石坝）破坏实例调查结果表明，由于渗透稳定造成的破坏与失事，占整类事故的40%以上，故堤防工程的渗流以及渗透破坏问题已经受到了学术及工程界的普遍关注。
以往的渗流研究实验仪器一般为窄槽，尺寸较小，一般人工观测数据，精度较低，且多采用手动升降水头的方式，上游水头不能自动控制，难以较准确反映堤防工程非饱和非均匀渗流与渗透破坏现象，也不能满足堤防工程渗透破坏研究的要求。
故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够准确并全面表征模拟堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置。
为实现上述实用新型目的，本实用新型堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置可采用如下技术方案：
一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，包括具有进水口的模型槽、连接进水口的基于单片机的智能水头控制***、位于模型槽外侧面不同位置的若干水头测量装置、位于模型槽内的上部不同位置的若干变形测量装置、设置于模型槽内上游处的透水板、设置于模型槽内下游处的安装隔板、设置于安装隔板外侧的排水孔、排水孔下部接有电子流量计。
与现有技术相比，本实用新型堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置通过基于单片机的智能水头控制***能够对土样施加常水头及随时间规律性变化的各种形式的变水头差，以模拟不同水头差工况下堤防堤身、堤基的渗透破坏，同时也克服了现有管涌试验模型装置误差大、尺寸效应明显及精度低等的缺陷。通过设置水头测量装置、变形测量装置、电子流量计等测量装置分别测定、采集土样在不同水头差工况下的水头、土样形变、流量等参数，获得土样相应的渗流场和位移场，进而全面表征模拟堤防工程渗透破坏发展过程。
附图说明
图1是本实用新型堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置的结构示意图。
图2是本实用新型中模型槽内放置土样后的结构示意图。
图3是本实用新型中模型槽内放置土样后变形测量装置测量土样表面变形的结构示意图。
图中，1、模型槽，2、透水板，3、隔板，4、排水孔，5、进水口，6、管道，7、基于单片机的智能水头控制***，8、变形测量装置，9、水头测量装置，10、数据采集及传输模块，11、电子流量计，12、计算机终端，13、电机，14、控制箱，15、水头升降装置，16、土样模型，17、压板，18、百分表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
请参阅图1所示，本实用新型公开一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，包括具有进水口5的模型槽1、连接进水口的基于单片机的智能水头控制***7、位于模型槽1外侧面不同位置的若干水头测量装置9、位于模型槽1内的上部不同位置的若干变形测量装置8、设置于模型槽1内上游处的透水板2、设置于模型槽1内下游处的隔板3、设置于隔板3外侧的排水孔4、排水孔4下部接有电子流量计11。
所述基于单片机的智能水头控制***7包括水头升降装置15、控制水头升降装置15的电机13及控制电机13的控制箱14，所述水头升降装置15通过管道6连接进水口5。该基于单片机的智能水头控制***7，能够使施加于土样的上游水头自动地随时间发生规律性的变化，以模拟不同水头差工况下的渗流及渗透破坏情况；智能改变水头，自动化程度高，减少了人为操作带来的误差，精确度高。
所述水头测量装置9为水压力传感器，所述水压力传感器通过数据采集及传输模块10连接于计算机终端12。水压力传感器读数精度为mm，可以实时监测记录渗流过程中每一秒的模型槽1各处的水头高度。
所述电子流量计11直接连接于计算机终端12，能实时监测、连续记录模型试验各时刻的流量。
所述变形测量装置8包括百分表18及连接百分表18下方的压板17，在本实施方式中，优选在土样16表面等间距安装6个百分表18，压板17按压于土样16表面。
所述隔板3可在模型槽1中靠近透水板2或者远离透水板2移动，从而可以调整其在模型槽1内的位置以改变渗径长度，可模拟堤防各种水力梯度下的渗透破坏发展过程，再现各种水力梯度下的堤防工程渗流发展情况。
本实用新型堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置的工作原理如下：
如图1、图2、图3所示，首先在模型槽1中填筑一定干密度、一定高度的某一种或几种性质的土样16，通过基于单片机的智能水头控制***7向槽内缓缓注入清水，使土样16充分浸水饱和、各测量装置排气饱和。再由智能水头控制***7向模型槽1内施加随时间呈规律性变化的一定形式的水头差，模拟堤防工程所受水头差的作用，在水头差的作用下，水流经过透水板2，在模型槽1内土样16形成渗流场，越过隔板3通过排水孔4排出。水头测量装置9自动采集模型槽1内不同位置土样16的水头数据，电子流量计11实时监测记录整个渗流发展过程的流量，得到相应的渗流场；定期记录土样16表面百分表18的刻度，得到各时刻土样16变形情况，进而得到对应渗流场的位移场，直至土样16发生管涌等渗透破坏，得到渗透破坏时刻的渗流场、位移场。其中隔板3可左右移动，以改变渗径长度的方式，可模拟堤防各种水力梯度下的渗透破坏发展过程。
综上所述，本实用新型具有的有益效果是：
（1）能够模拟和研究不同水头差工况下堤防工程的渗流场和变形场，准确再现堤防工程的渗透破坏情况，克服了现有渗透破坏试验模型装置误差大、尺寸效应明显及精度低等的缺陷。
（2）通过调整试验土样类型，可以模拟管涌、流砂等典型堤防工程渗透破坏现象。
（3）通过基于单片机的智能水头控制***，能够对土样施加常水头及随时间规律性变化的各种形式的变水头差，以模拟不同水头差工况下堤防堤身、堤基的渗透破坏。
（4）通过改变模型槽隔板位置（渗径长度）的方式，可模拟堤防各种水力梯度下的渗透破坏发展过程。
本实用新型适用于堤防工程渗流与渗透破坏的研究，为实际堤防工程的施工、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。

Claims (6)

1.一种堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：包括具有进水口的模型槽、连接进水口的基于单片机的智能水头控制***、位于模型槽外侧面不同位置的若干水头测量装置、位于模型槽内的上部不同位置的若干变形测量装置、设置于模型槽内上游处的透水板、设置于模型槽内下游处的安装隔板、设置于安装隔板外侧的排水孔、排水孔下部接有电子流量计。
2.根据权利要求1所述的堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：所述基于单片机的智能水头控制***包括水头升降装置、控制水头升降装置的电机及控制电机的控制箱，所述水头升降装置通过管道连接进水口。
3.根据权利要求1所述的堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：所述水头测量装置为水压力传感器，所述水压力传感器通过数据采集及传输模块连接于计算机终端。
4.根据权利要求1所述的堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：所述变形测量装置包括百分表及连接百分表下方的压板。
5.根据权利要求3所述的堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：所述电子流量计连接于计算机终端。
6.根据权利要求1所述的堤防工程渗透破坏发展过程的模型试验装置，其特征在于：所述隔板可在模型槽中靠近透水板或者远离透水板移动。
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