本發(fā)明主要適用于水利工程模型試驗(yàn)中量測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置。

背景技術(shù)：

筑壩壅高水庫(kù)水位，會(huì)在壩體及壩基形成穩(wěn)定滲流，對(duì)消力塘底板塊產(chǎn)生不利荷載，獨(dú)立板塊的抗浮穩(wěn)定是消力塘底板設(shè)計(jì)的控制條件。模型試驗(yàn)研究是水利工程設(shè)計(jì)不可缺少的環(huán)節(jié)，但由于滲流情況比較復(fù)雜，傳統(tǒng)消力塘模型試驗(yàn)仍缺少對(duì)滲流的有效模擬。目前針對(duì)消力塘底板的滲流測(cè)量主要集中在原型觀測(cè)領(lǐng)域，主要方法有：

(1)測(cè)壓管。在水墊塘底板布置鉆孔式測(cè)壓管和“u”型測(cè)壓管進(jìn)行滲壓測(cè)量，并利用排水孔進(jìn)行滲流監(jiān)測(cè)。隨著不同時(shí)段上下游水位升降，在對(duì)消力塘的基礎(chǔ)滲流進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)、比較測(cè)壓管水位和“u”型測(cè)壓管的水位在各個(gè)階段的實(shí)測(cè)值與相應(yīng)下游水位，即可得出滲壓。相對(duì)造價(jià)較低、簡(jiǎn)單易行。

(2)滲壓計(jì)。滲壓計(jì)是由測(cè)壓管及連接在測(cè)壓管的三道管、滲壓針、壓力表以及用于封堵的封頭等組成。傳統(tǒng)的滲壓計(jì)對(duì)密封工藝有很高的要求，而且其借助固定的電纜容易發(fā)生松動(dòng)變形、造成滲壓計(jì)的標(biāo)高發(fā)生改變，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在壩體現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下并不便于對(duì)測(cè)壓管的電纜進(jìn)行校正調(diào)節(jié)，只能將測(cè)壓管整個(gè)更換，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，也造成了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

綜上，傳統(tǒng)的測(cè)壓管方法以及現(xiàn)階段的滲壓計(jì)方法，都是建立在原型滲流通道自然成立的情況下，而由于水力學(xué)模型試驗(yàn)只是針對(duì)泄洪建筑物體型的模擬，所采用的均為不透水材料、不能自然形成滲流，所以上述方法都不適合運(yùn)用于水利工程模型試驗(yàn)中。因此，結(jié)合模型試驗(yàn)對(duì)滲流模擬的局限性，設(shè)計(jì)一種安裝方便、運(yùn)行簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的滲流模擬裝置尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是在針對(duì)當(dāng)前滲流模擬方法對(duì)水利工程模型試驗(yàn)領(lǐng)域的不適用性，提出一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置。該裝置能有效的解決上述問(wèn)題，其設(shè)計(jì)、制作難度較低，操作簡(jiǎn)單方便，可有效模擬消力塘底板的滲流情況。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置，由裝置本體構(gòu)成；所述裝置本體包括帶水位刻度標(biāo)尺的支撐豎桿，所述支撐豎桿上部設(shè)置有第一橫梁；所述第一橫梁的兩側(cè)分別通過(guò)滑輪機(jī)構(gòu)連接上游補(bǔ)水筒和下游補(bǔ)水筒，所述支撐豎桿中部設(shè)置有帶閥門控制機(jī)構(gòu)的第二橫梁；所述滑輪機(jī)構(gòu)通過(guò)固定架與所述支撐豎桿頂部連接；所述上游補(bǔ)水筒和所述下游補(bǔ)水筒分別通過(guò)各自擋板形成供水腔和棄水腔；每個(gè)所述供水腔底部設(shè)置有進(jìn)水孔和補(bǔ)水孔；每個(gè)所述棄水腔底部設(shè)置有放水孔，所述閥門控制機(jī)構(gòu)包括上游控制閥，下游控制閥和放水控制閥；所述放水控制閥輸入端連接有抽水泵，其輸出端分別連接所述上游控制閥和所述下游控制閥的輸入端。

所述上游控制閥輸入端與所述上游補(bǔ)水筒的進(jìn)水孔連接，所述上游補(bǔ)水筒的補(bǔ)水孔與所述消力塘模型中的上游滲流槽連接；所述下游控制閥輸入端與所述下游補(bǔ)水筒的進(jìn)水孔連接，所述下游補(bǔ)水筒的補(bǔ)水孔與所述消力塘模型中下游滲流槽連接。

所述所述棄水腔外側(cè)設(shè)置有水位刻度標(biāo)尺。

有益效果

本發(fā)明提供的消力塘模型試驗(yàn)滲流模擬裝置，通過(guò)對(duì)來(lái)流量的三次調(diào)節(jié)及豎直擋板對(duì)水位的控制，可為消力塘提供穩(wěn)定的滲流，通過(guò)量筒兩次定時(shí)對(duì)水量的測(cè)量，即可得出滲流流量，方便快捷，可重復(fù)利用。本發(fā)明原理清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工制作，且成本較低，在水力學(xué)試驗(yàn)方面具有很好的適用性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置中補(bǔ)水筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中消力塘底板滲流模擬示意圖。

附圖標(biāo)記

1--支撐豎桿11--水位刻度標(biāo)尺12--第一橫梁13--第二橫梁

2--滑輪機(jī)構(gòu)(3，4)--上游補(bǔ)水筒(31，41)--擋板(32，42)--供水腔

(33，43)--棄水腔(321，421)--進(jìn)水孔(322，422)--補(bǔ)水孔

(331，431)--放水孔(332，432)--水位刻度標(biāo)尺5--閥門控制機(jī)構(gòu)

51--上游控制閥52--下游控制閥53--放水控制閥

6--抽水泵7--消力塘模型71--上游滲流槽72--下游滲流槽8--蓄水池

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作出詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1，圖2所示；本發(fā)明提供一種針對(duì)消力塘模型試驗(yàn)滲流的模擬裝置，由裝置本體構(gòu)成；所述裝置本體包括帶水位刻度標(biāo)尺11的支撐豎桿1，所述支撐豎桿1上部設(shè)置有第一橫梁12；所述第一橫梁12的兩側(cè)分別通過(guò)滑輪機(jī)構(gòu)2連接上游補(bǔ)水筒3和下游補(bǔ)水筒4，所述支撐豎桿1中部設(shè)置有帶閥門控制機(jī)構(gòu)5的第二橫梁13；所述滑輪機(jī)構(gòu)2通過(guò)固定架21與所述支撐豎桿頂部1連接。如圖2所示，所述上游補(bǔ)水筒3和所述下游補(bǔ)水筒4分別通過(guò)各自擋板(31，41)形成供水腔(32，42)和棄水腔(33，43)；每個(gè)所述供水腔底部設(shè)置有進(jìn)水孔(321，421)和補(bǔ)水孔(322，422)；每個(gè)所述棄水腔(33，43)底部設(shè)置有放水孔(331，431)。所述棄水腔(33，43)外側(cè)設(shè)置有水位刻度標(biāo)尺(332，432)。所述閥門控制機(jī)構(gòu)5包括上游控制閥51，下游控制閥52和放水控制閥53；所述放水控制閥53一端連接有抽水泵6，其輸出端分別連接所述上游控制閥51和所述下游控制閥52的輸入端。所述上游控制閥51輸入端，所述上游補(bǔ)水筒3的進(jìn)水孔321連接，所述上游補(bǔ)水筒3的補(bǔ)水孔322與所述消力塘模型7中的上游滲流槽71連接；所述下游控制閥52輸入端與所述下游補(bǔ)水筒4的進(jìn)水孔421連接，所述下游補(bǔ)水筒4的補(bǔ)水孔422與所述消力塘模型7中下游滲流槽72連接。

如圖1，圖2，圖3所示，本發(fā)明中所述的支撐豎桿1為鋼架結(jié)構(gòu)固定于地面，水位刻度標(biāo)尺11固定于支撐鋼架豎桿1上，結(jié)合1滑輪機(jī)構(gòu)系統(tǒng)2(包括定滑輪、鋼絲繩、調(diào)節(jié)裝置)可調(diào)節(jié)補(bǔ)水筒(3，4)的特定高度，用于獲得不同的上下游滲透水位及水位差。所述閥門控制機(jī)構(gòu)5分為上游控制閥51、下游控制閥52和放水控制閥53，供水泵來(lái)流恒定，通過(guò)調(diào)節(jié)放水閥53可對(duì)來(lái)流進(jìn)行初級(jí)分流，從而獲得不同的進(jìn)入整個(gè)滲壓控制裝置的流量，通過(guò)上游控制閥51和下游控制閥52對(duì)來(lái)流進(jìn)行二次分流以使上下游分別獲得不同的進(jìn)流量。所述補(bǔ)水筒分為上游補(bǔ)水筒3和下游補(bǔ)水筒4，構(gòu)造相同，均由有機(jī)玻璃加工制成、為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)、且上口敞開(kāi)并在兩側(cè)設(shè)置吊環(huán)與鋼絲繩連接，補(bǔ)水筒(3，4)內(nèi)部設(shè)一比邊壁稍低的豎直擋板(31，41)，將其分隔成兩個(gè)下部不連通的空間，分別定義為供水腔(32，42)和棄水腔(33，43)，供水腔(32，42)底部布置進(jìn)水孔(321，421)和補(bǔ)水孔(322，422)，棄水腔(33，43)底部布置放水孔(331，431)。水流由連接管路通過(guò)進(jìn)水孔(321，421)進(jìn)入補(bǔ)水筒(3，4)供水一側(cè)，當(dāng)水位超過(guò)擋板(31，41)頂部時(shí)，便自動(dòng)流入棄水筒，通過(guò)調(diào)節(jié)不同的擋板(31，41)頂部位置可獲得相應(yīng)的滲流水位，補(bǔ)水孔(322，422)用于向消力塘補(bǔ)充滲流。棄水腔(33，43)外壁設(shè)一刻度標(biāo)尺，放水孔(331，431)通過(guò)連接管路與量筒相連、排放棄水。所述的連接管路系統(tǒng)由連接各個(gè)部分的塑料管構(gòu)成。所述量筒用于測(cè)定棄水筒出水孔排放的水量。如圖3所示，所述消力塘模型7包括上游滲流槽71和下游滲流槽72，為消力塘模型7中底板下的矩形溝槽，用于在底板下形成滲流場(chǎng)。本發(fā)明中供水系統(tǒng)包括蓄水池8和抽水泵6，蓄水池8要求水位穩(wěn)定、且具有一定的面積，以免抽水泵抽水時(shí)產(chǎn)生大的漩渦以及波動(dòng)，鑒于一般模型試驗(yàn)中的水庫(kù)滿足條件、可利用其作為滲壓蓄水池使用。

如圖1，圖2所示，實(shí)際中支撐鋼架1安裝有上中兩個(gè)橫梁(12，13)，上橫梁用于懸掛補(bǔ)水筒3、4，通過(guò)定滑輪5連接，方便調(diào)節(jié)所需的上下游水位差，中橫梁13用于固定控制閥(51，52，53)，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入上下游補(bǔ)水筒(3，4)的進(jìn)水口流量，支撐鋼架豎桿1上裝有量程為0～2.5m、零點(diǎn)與消力塘底板齊平的水位刻度標(biāo)尺11，用以控制上下游滲壓水位。上下游補(bǔ)水筒3、4構(gòu)造相同，均由8mm厚度的有機(jī)玻璃板制成，補(bǔ)水筒底長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為13cm，寬度為12cm，高度為50cm。其內(nèi)部被高40cm的豎直擋板(31，41)分隔為供水腔(32，42)(13cm×6.4cm)和棄水腔(33，43)(13cm×4.8cm)，供水腔(32，42)下部進(jìn)水孔(321，421)通過(guò)塑料管與閥門(51，52)相連、補(bǔ)水孔(322，422)通過(guò)塑料管與滲流槽71、72相連，棄水腔(33，43)一側(cè)外壁貼有量程為0～20cm、零點(diǎn)與棄水腔底端齊平的刻度標(biāo)尺(332，432)、下部放水孔(331，431)通過(guò)塑料管與量筒相連。

本發(fā)明涉及的滲流模擬裝置在使用時(shí)，首先根據(jù)事先擬定的上下游滲壓水位h1和h2，通過(guò)滑輪機(jī)構(gòu)2將上下游補(bǔ)水筒(3，4)內(nèi)豎直擋板(31，41)調(diào)節(jié)至相應(yīng)高度，再通過(guò)閥門控制機(jī)構(gòu)5調(diào)節(jié)進(jìn)入補(bǔ)水筒(3，4)的水量。然后在補(bǔ)水筒(3，4)位置不變及控制閥門5開(kāi)度固定的情況下，分別測(cè)量固定時(shí)間段t內(nèi)補(bǔ)水孔(322，422)關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)的棄水腔(33，43)水位高度h1和h2以及棄水量v1和v2，即可準(zhǔn)確模擬并測(cè)定進(jìn)入消力塘底板下的滲流壓力和流量。補(bǔ)水孔(322，422)關(guān)閉測(cè)得的v1，即為進(jìn)入補(bǔ)水筒(3，4)的水流總量，當(dāng)補(bǔ)水孔(322，422)打開(kāi)向消力塘模型7底板補(bǔ)充滲流時(shí)，水流總量v1又分為補(bǔ)水孔出流量v、放水孔出流量v2以及棄水腔內(nèi)的水量差(h2-h1)*a，其中a為棄水腔的截面面積。由此可得，消力塘模型試驗(yàn)滲壓模擬的兩個(gè)重要參數(shù)，滲透壓力水位差h及滲透流量q：

h＝h1-h2

q＝[v1-v2-(h2-h1)*a]/t

此消力塘模型試驗(yàn)滲流模擬裝置的使用步驟如下：

①利用定滑輪5調(diào)節(jié)上游補(bǔ)水筒3和下游補(bǔ)水筒4的高度，使得擋板(31，41)頂端位于已經(jīng)擬定的上下游滲透水位h1＝2m、h2＝1m；

②補(bǔ)水孔(322，422)關(guān)閉，放水孔(331，431)全開(kāi)，打開(kāi)抽水泵6，調(diào)節(jié)控制閥51～53至供水腔(32，42)內(nèi)水流穩(wěn)定、棄水腔(33，43)水位不變，之后所有控制閥51～53不再調(diào)節(jié)、保持不動(dòng)；

③待水流穩(wěn)定一段時(shí)間后，記錄棄水腔(33，43)水位高度h1＝2.6cm，并計(jì)時(shí)t＝3min，用量筒測(cè)量時(shí)間段內(nèi)棄水腔的棄水量v1＝23.267l；

④補(bǔ)水孔(322，422)打開(kāi)，控制閥51～53依然不變，待水流穩(wěn)定一段時(shí)間之后，記錄棄水腔水位高度h2＝1.6cm，并再次計(jì)時(shí)t＝3min，用量筒測(cè)量時(shí)間段內(nèi)棄水腔的棄水量v2＝3.775l。至此，測(cè)量完畢。

綜上，上下游滲透水位h1＝2m、h2＝1m，補(bǔ)水筒水流總量v1＝23.267l，放水孔出流量v2＝3.775l，棄水腔水位高度h1＝2.6cm、h2＝1.6cm，棄水筒的截面面積a＝13cm×4.8cm＝62.4cm²，固定時(shí)間段t＝3min。則依據(jù)技術(shù)方案，滲透壓力水位差h及滲透流量q為：

h＝h1-h2＝2-1＝1m

q＝[v1-v2-(h2-h1)*a]/t＝[23.267-3.775-(1.6-2.6)×62.4/1000]/3＝6.518l/min

上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)范圍的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之列。