[发明专利]一种混合坝模型试验装置及使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种混合坝模型试验装置及使用方法，属于水利工程技术领域。

背景技术

混合坝作为一种新的坝体结构型式，目前尚未在实际工程中获取经验，缺乏系统的实测数据和较为深入的力学特性分析。最好的测试手段是通过足尺试验或现场试验获得坝体的力学特性，但该类试验费用高、周期长且工况有限，不易重复进行试验。而缩尺模型试验因具有可重复性高、操作简单、费用低等优点，在研究过程中得到广泛的应用。

在研究混合坝力学特性过程中，其中较为关注的一方面是上游混凝土坝段的应力和变形特性，另一方面是下游坝坡的滑动破坏。目前常用的模型制作方法，在坝体填筑过程和蓄水过程中，很难实现对上游混凝土坝段的超载施加，无法获得混合坝的极限变形能力。同时在下游坝坡填筑过程中，一般采用分层填筑的方式，对于坝坡边缘部分很难保证其填筑密实度，往往在模型填筑完成后再次进行碾压或简单的修平，从而导致坝坡强度偏高或偏低，与实际工程不符。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种混合坝模型试验装置及使用方法，下游坝坡采用限位器进行分层填筑和切坡，有效的保证了坝坡的填筑密实度，且相应的填筑工作量增加较小。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种混合坝模型试验装置，包括上端开口的模型箱、位于模型箱内的混凝土坝段和堆石料，所述混凝土坝段在背面不同高程设有若干个动态压力传感器，在混凝土坝段的顶部设有水平位移传感器和垂直位移传感器，底部设有水平位移传感器，所述混凝土坝段正面设有水囊，在水囊所对应的模型箱顶部设有上水平盖板和下水平盖板，在上水平盖板上设有导槽，导槽内安装有可上下移动的垂直盖板，在下水平盖板上设有与水囊连接的进水阀和压力阀，水囊的下端设有排水阀，堆石料的斜坡面上设有与模型箱连接的组合限位器，组合限位器上设有下挡板，下挡板与上挡板铰接，上挡板的活动端通过连杆与下挡板连接。

作为优选，所述组合限位器包含四根伸缩杆和一对导杆，导杆的两端分别与一根伸缩杆的一端铰接，伸缩杆的另一端固定安装在模型箱上。

作为优选，所述导杆设有滑槽，下挡板沿滑槽滑动，在下挡板上设有螺纹孔，螺纹孔内安装有固定下挡板的挡板限位器。

作为优选，模型箱的下游端安装用于监测下游堆石料滑动破坏的CCD摄像机。

一种上述的混合坝模型试验装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)将混凝土坝段装入模型箱上游端，在混凝土坝段下游侧不同高程安装动态压力传感器；

(2)在混凝土坝段顶部安装水平位移传感器和垂直位移传感器，底部安装水平位移传感器，并用矩形挡板进行维护，将动态压力传感器、水平位移传感器和垂直位移传感器分别与采集仪进行连接；

(3)根据下游坝坡角及混合坝的高度进行组合限位器的调整；

(4)根据下挡板的垂直高度、填筑高程和模型尺寸计算填筑的堆石料，倒入模型箱内，并进行碾压；

(5)旋转上挡板，连接下挡板与上挡板之间的连杆使上挡板垂直，根据上挡板的垂直高度、填筑高程和模型尺寸计算填筑的堆石料，倒入模型箱内，并进行碾压；

(6)在填筑好的下游坝坡铺设土工布，旋转上挡板，进行下游堆石料切坡，移除多余堆石料；

(7)移动下挡板到刚填筑完成的高程位置，进行下一级堆石料的填筑，重复(5)-(6)的工序，直至达到混凝土坝段顶部；

(8)在上游端放入水囊，调整上水平盖板和垂直盖板，使垂直盖板的端部正好位于混凝土坝段的上游顶部；

(9)在模型箱下游端安装用于监测下游堆石料滑动破坏的CCD摄像机；

(10)通过进水阀对水囊进行蓄水，根据试验要求再通过压力阀向水囊施加超载水压。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)下游坝坡采用限位器进行分层填筑和切坡，有效的保证了坝坡的填筑密实度，且相应的填筑工作量增加较小；

(2)采用密封水囊进行上游水压力的施加，能够实现对混凝土坝段超载压力的施加，原理清晰，操作简单；

(3)模型盖板采用上水平盖板、下水平盖板和垂直盖板的设计，能够实现对不同上游坡角和高度的混凝土坝段模型进行超载压力的施加；

(4)能够监测整个施工过程中混凝土坝段的动态位移和坝后土压力的变化，也能够监测下游坝坡在不同工况下的破坏过程；

(5)在模型箱内可以实现不同下游坡度的坝体填筑，通过调整伸缩杆的长度，使得导杆呈现不同的角度，操作简单，适用面广。

附图说明