[发明专利]一种坝体浸润线监测模型试验装置及其试验方法

权利要求书

1.一种坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，包括模型槽，模型槽一端设有连通至模型槽内的迎水侧排水机构，相对另一端设有连通至模型槽内的水位监测机构和背水侧排水机构，模型槽底部设有与其内部连通的进水机构；模型槽前侧设有与其内部连通的测压机构；模型槽内设有模型体，模型体上设有坝体位移监测机构。

2.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述模型槽为上部开口的长方体结构，其前后侧面采用钢化玻璃板制作，其他面采用钢板作为受力构件；钢板之间通过焊接连成一整体。

3.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述模型槽内表面上涂有一道防锈漆和一层水泥浆；模型槽体内侧埋设有橡皮条；所述模型槽周体上设有若干加固钢条，钢条与模型槽通过螺栓锚固。

4.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述模型体的截面为梯形坝体，所述坝体的上下游坝面采用土工布及砂卵石护坡，坝体的坝坡面坡率为1:1.4。

5.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述迎水侧排水机构和背水侧排水机构分别对应包括迎水侧排水管和背水侧排水管，迎水侧排水管和背水侧排水管的一端均伸入到模型槽内，迎水侧排水管和背水侧排水管上分别对应设置有迎水侧排水阀门、迎水侧排水流量计、背水侧排水阀门和背水侧排水流量计。

6.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述水位监测机构包括监测管，监测管包括塑料监测管和竖形带刻度玻璃管；所述塑料监测管一端与模型槽内连通，另一端通过金属弯管与竖形带刻度玻璃管相连，整体形成U型管。

7.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述进水机构包括进水管，所述进水管一端与模型槽内连通，另一端与调压水泵相连，进水管上设有进水阀门和进水流量计。

8.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述测压机构包括设置于模型槽前侧上的若干测压管预留孔；每个测压管预留孔中均设有一根测压管，测压管包括金属直管及带刻度的有机玻璃管，金属直管和有机玻璃管之间用金属弯管连接；测压管进水段采用其上打孔的金属直管铺设于坝体下部；金属直管周围采用细石子环绕。

9.如权利要求1所述的坝体浸润线监测模型试验装置，其特征是，所述坝体位移监测机构包括分别布置于坝体前后坝坡的一个高精度光栅尺。

10.一种利用权利要求1所述坝体浸润线监测模型试验装置的试验方法，其特征是，步骤如下：

一、模型制作

（1）准备工作

根据设计，制作模型槽，布设进、排水管、监测管及其附属部件；

测得原土料的含水量，向土料里均匀加入通过计算得到的水量，使筑坝的粘土的含水量在最优含水率，制备完后养护24h；

控制干密度方法：按照设计好的干密度换算筑坝所需土料的重量；

m_土＝ρ_干（1+ω）V_设

式中、m_土、ρ_干、ω及V_设分别表示——所需土料质量、干密度、含水率、坝体设计体积；

将计算的所需土料压实成相应体积，即可得到所需干密度的坝体；

（2）铺底，安放测压管

首先用土料填筑模型底部，根据要求压实，在相应的模型槽预留的测压管预留孔处反开挖土体，安放测压管，进水管段采用直径10mm打孔金属管，同时为保证管段进水孔不被堵塞，管段采用细石子环绕，并填土压实使其固定；固定测压管后，继续填筑模型坝体，压实时需注意测压管，以防损坏；

（3）坝体填筑

模型坝体尺寸根据模型比尺调整，本模型比尺采用λ_L＝λ_H＝40；λ_L和λ_H分别代表长度比尺和高度比尺；

坝体按以下步骤填筑：

①沿模型高度方向水平分层，土料每层铺筑10cm，由低向高分层填筑，控制每层压实均匀且密实，直至填筑结束；②及时清除土料中杂质，并根据土料实际情况调整土的选择和土量；③人工填筑夯实，夯实方法采用人工冲击板；在夯实过程中，注意边角处土层的密实程度，即注意土与槽壁玻璃板和底层钢板相接触的处理；④分层夯实后，对上表面划毛处理，以免土层之间接触不良；⑤模型填筑完毕后，对模型削坡处理；

（4）模型坝壳填筑

在粘土坝体上先铺置土工布防护，再填筑模型坝壳；坝体外壳料选取沙砾石，在实验过程中主要起到保护心墙的作用；

（5）光栅尺安装

前后坝坡各布置一个高精度光栅尺；安装时注意光栅尺的固定；

二、试验步骤

（1）首先关闭排水阀门，读取光栅尺读数；打开进水阀门，控制进水阀门开启大小，观测进水流量计读数，使水流注入坝体迎水侧，蓄水到最大蓄水高度，关闭进水阀门；稳定一段时间使坝体充分饱和，读取光栅尺读数，观测各测压管水位，直到稳定；

（2）模拟水库放水，坝前水位下降的情况；当模型边坡达到饱和并且处于稳定状态后，开启迎水侧排水阀门进行放水，使坝前水位以一定的速度下降，通过控制迎水侧排水阀门的大小，观测迎水侧排水流量计读数，保持水位下降的速度均匀，直至降到最低水位；在放水的同时，观测记录各测压管的水位的变化；根据模型比尺，则模型试验观测的时间是相应的实际时间的1/40倍；在坝前水位下降过程中，采用1次/5分钟观测一次测压管的水位变化和光栅尺读数；等竖形玻璃管内水位稳定后，可以根据测压管水位变化情况减少观测次数，逐渐减少观测次数；

（3）放水结束后，关闭迎水侧排水阀门，继续测压管水位的观测和光栅尺读数观测，直至稳定；

（4）当测压管水位在4小时内不再变化，认为坝体浸润线稳定；量测各个时刻埋入坝体中各个测压管相应的水位值，绘制某一时刻坝内等水头线，得到坝内浸润线随时间的变化曲线并观察水位变化速度对浸润线产生的不同影响；对比光栅尺读数变化，绘制不同时段坝体的位移变化，得到一定的蓄水速率和排水速率对坝体位移产生的不同影响。