[发明专利]一种量测水垫塘底板块缝隙动水压力的试验装置

说明书

技术领域

本发明属于水利水电工程技术领域，特别涉及一种量测水垫塘底板块缝隙动水压力的试验装置。

背景技术

高水头、大流量下泄洪消能方式选择和设计是高坝建设的关键性技术之一，常通过坝身开孔宣泄洪水，大坝下游衬砌水垫塘消刹多余动能，避免大坝下游受到冲刷，确保河床及两岸边坡的稳定。水垫塘根据横断面的形状可分为反拱和平底两种型式。

水垫塘的稳定取决于底板块的稳定，而底板块的稳定又取决于作用在底板块上的动水压力的大小与分布。对水垫塘底板动水压力的研究包括作用在底板块上表面的表面动水压力和作用在底板块下表面的缝隙动水压力两方面。

《水力发电学报》2002年总第76期88-95页“反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性的试验研究”一文中，设计了溪洛渡整体水垫塘物理模型，对反拱水垫塘底板缝隙中动水压强特性进行了详细的试验研究。动水压强试验段为一条宽为6.67cm、厚为2.5cm的反拱拱圈，底板块上下游及底部设宽1-2mm的横缝及底缝。拱圈结构沿横向左右对称，在一半拱圈范围布置硅压传感器测量缝隙动水压强。通过该装置，获得了一些水垫塘缝隙中脉动压强的沿横向（拱圈方向）的分布规律。该方法存在以下缺点：

1．该装置在水垫塘水舌冲击点附近的冲击区范围内设计试验段，试验段沿横向布置传感器，只能分析缝隙动水压力沿横向的分布规律，无法获得缝隙动水压力沿纵向的分布规律，即无法获得冲击区上、下游壁射流区内缝隙动水压力的分布规律，而在壁射流区内缝隙动水压力往往大于表面动水压力，底板块受到较大的上举力，是水垫塘内失稳破坏的主要区域；

2．试验段为一条反拱拱圈，未将拱圈沿纵向分成底板块，即只在上下游设置了横缝，沿水流方向没有设置纵缝，忽略由纵缝灌入的水体对缝隙动水压力的影响，这与实际不符；

3．在上下游静水头作用下，通过基岩裂隙产生扬压力作用于底板下表面，扬压力是缝隙动水压力的重要组成部分。该装置没有考虑高坝正常泄洪消能时扬压力对缝隙动水压力的影响；也没有考虑水库检修（无水舌下泄且水垫塘内无水）的条件下，只有扬压力作用的工况，而扬压力单独作用时也有可能将底板掀翻；

4.底板块周边缝隙（横缝和纵缝）的止水破坏程度决定了灌入底板底缝水流的大小，对缝隙动水压力也会产生影响，该装置没有考虑边缝的不同止水破坏程度对缝隙动水压力的影响；

5．底板采用有机玻璃制作，实验装置中的底板不能模拟实际工程中混凝土底板的形变，不满足柯西准则，无法考虑较大冲击动水压强作用下，底板发生变形，底缝内水体压缩产生的附加缝隙动水压力。

发明内容

使用现有的试验装置量测水垫塘底板块缝隙动水压力时，无法获得缝隙动水压力沿纵向的分布规律，忽略由纵缝灌入的水体对缝隙动水压力的影响，不考虑扬压力对缝隙动水压力的影响，没有考虑边缝的不同止水破坏程度对缝隙动水压力的影响，不考虑底缝内水体压缩产生的附加缝隙动水压力。本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种改进了的量测水垫塘底板块缝隙动水压力的试验装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种量测水垫塘底板块缝隙动水压力的试验装置，包括水垫塘和至少一个压力传感器，所述水垫塘包括沿水流方向可移动的箱体、箱体底部的试验段、箱体底部与试验段的上下游两端间分别形成横缝的两个非试验段，试验段与箱体底部之间设有衬板，所述衬板与试验段之间形成底缝，所述压力传感器穿过衬板进入底缝，所述压力传感器沿横向排列。

水垫塘是通过箱体、试验段和非试验段来模拟搭建。通过移动箱体，可以改变射入水舌与试验段的相对位置，从而不仅能够获得缝隙动水压力沿横向的分布规律，还可以测试缝隙动水压力沿纵向的分布规律。试验段位于衬板上，为便于维修和保养，衬板可以设置为可拆卸衬板。

进一步地，所述试验段沿水流方向设有至少一条纵缝，所述纵缝将试验段分割成若干底板块。

由于设置了横缝和纵缝，综合考虑了由横缝和纵缝灌入的水体对缝隙动水压力的影响。

进一步地，所述衬板上沿横向开设至少一个扬压力施加孔，扬压力施加孔通过软管与水箱连接，所述底缝通过扬压力施加孔与软管相通。

在泄洪消能或水库检修的情况下，可以通过改变水箱内的水头，从而改变作用在底板块底部的扬压力的大小。

进一步地，还包括侧壁，所述每个底板块的四边分别与侧壁相接，每个底板块分别通过侧壁与衬板围成底盒，所述的至少一个压力传感器设置在每个底盒中，与水流方向垂直的侧壁上开有连通底盒与横缝的第一缝隙，并且在第一缝隙的通路上设有控制第一缝隙相通或隔断的第一止水闸门。