[发明专利]一种土石坝管涌溃决现场试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种土石坝管涌溃坝现场试验方法，属于水利工程科学试验领域。

背景技术

我国已建水库大坝8.8万多座、小型塘坝640多万座，其中90%以上为土石坝。这些水库建设年代久远，许多都是当地农民自建，水文系列短，对水库防洪库容和泄洪能力估计不足，许多水库设计和建设标准低，一旦发生溃坝事故，将会给下游带来严重的灾难。据统计，土石坝溃坝事件中管涌溃坝比例高达29%，是土石坝溃坝的主要原因之一。

然而由于土石坝管涌溃决过程伴随着管涌通道的内部冲刷，内部通道坍塌等复杂过程，溃决过程具有强非线性、非恒定性，迄今管涌溃决过程预测依然非常困难。对于无粘性材料构筑的坝体，由于溃坝水流多为急变流，无粘性泥沙运移的控制方程在管涌内部冲刷过程中不适用。而对于粘性材料构筑的坝体，由于粘性土泥沙运移理论尚不成熟，因此，当前物理缩尺模型难以得到合理的管涌溃决过程。换言之，迄今开展的室内试验，大多无法很好的解决比尺问题，室内管涌溃坝试验成果更多是定性的成果，而非定量成果。开展现场大尺度管涌溃坝试验是迄今最为可靠的研究方法。

由于现场大尺度试验涉及到水库、下游行洪区场地使用，水库水源供应等问题，每次现场大尺度溃坝试验经费巨大，保证管涌溃决过程充分发展（初始管涌通道-通道扩宽-下游坝坡及坝顶下陷-溃决）是土石坝管涌溃决过程现场试验成败的关键。

因此，找出一种提高坝体内管涌通道的形成率并促使大坝形成管涌溃坝的现场试验方法成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种土石坝管涌溃决过程现场试验方法，提高现场大尺度管涌溃坝试验成功率。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种土石坝管涌溃决过程现场试验方法，其特征在于采用如下步骤：

a、在坝基上用土石物料堆筑试验坝体；

b、按照试验预设的位置在坝体内铺设可产生管涌通道的薄弱层

c、在所述薄弱层内设置贯穿所述坝体的水管，所述水管的上游端设有阀门，所述水管的管壁上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔，所述水管的下游端封闭；

c、在所述薄弱层与所述坝体的上游坡面相接处设有粘土覆盖层；

d、打开所述水管上游端的阀门，使水流灌入水管并从水管管体上的通孔流出，冲蚀薄弱层并形成稳定的管涌通道，最终发生溃坝。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种土石坝管涌溃决过程现场试验方法，在坝体内预设薄弱层，并在薄弱层内埋设多孔管的方法形成管涌通道，促使大坝形成管涌溃坝。采用本方法进行试验时有效避免了在坝内无法形成稳定渗流通道和无法形成管涌溃坝，避免了试验中管涌通道形成时间无法控制，进而导致现场试验失败，甚至导致出现难以预料的突发性溃坝事件，引发生命财产损失。提高试验成功率，确保试验资料完整。本发明中所涉及的方法可控制现场管涌试验开展的时间，对提高大尺度现场管涌试验成功率，掌握土石坝管涌溃坝机理具有重要的价值，对于推动我国溃坝水力学学科发展具有重要的意义。

上述技术方案的完善和改进有：

为了保证水流均匀，防止管涌通道内因局部出水不畅而导致通道堵塞而导致试验失败，所述水管管壁上的通孔总面积与所述水管横断面面积之比小于1；另外，为保证通孔有足够的出水量，通孔总面积与所述水管横断面面积之比大于0.5。

为了防止水管的出水流速不均匀，所述水管的上游端的高程大于所述水管的下游端的高程，所述水管与水平面形成的夹角大于0度且小于7度。

为了有利于形成管涌通道，所述薄弱层主要由细砂或中砂铺设而成，所述薄弱层的厚度大于0.6m，且宽度大于1.5m。

粘土覆盖层的厚度为0.5m，覆盖层范围大于上游坝坡侧薄弱层范围。

附图说明

下面结合附图对本发明的土石坝管涌溃决过程现场试验方法作进一步说明。

图1是本发明中所涉及的土石坝的横向剖面图。

图2是本发明中所涉及的土石坝的纵向剖面图。

图3是图1中A部的放大图。

图4是本发明中所涉及的水管的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

根据图1、2和3所示，本实施例中的坝顶高程8.0m，管涌通道位于距离坝基1m的位置，坝上水位7.6m。