[发明专利]极端荷载条件下坝体瞬间失稳溃决的模拟装置及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及大坝溃决技术领域，特别涉及一种极端荷载条件下坝体瞬间失稳溃决的模拟装置及运行方法。

背景技术

随着水利工程的发展，水库大坝的数量越来越多，据2013年发布的《第一次全国水利普查公报》显示，全国共有水库98002座，总库容9323.12亿m³。水库大坝为区域防洪安全、灌溉、供水提供了重要保障，对人类社会发展起到了极其重要的推动作用，是我国防洪工程体系的重要组成部分。但随着时间的推移，水库不可避免地会出现坝体老化和破损等现象。特别是近年来，地震事件和极端洪水等自然环境事件显著增加，大坝发生溃决的风险不断提高。由于大坝溃决造成的危害极其严重，人们越来越重视对坝体溃决机理的研究。溃坝物理模型试验在溃坝机理研究方面具有其它方法和手段无可比拟的优越性，模型试验数据是重大水利工程设计和施工的主要依据。了解溃坝机理、溃坝水流的洪峰动力特性和洪水波演进形式，有利于在溃坝下游做好防范措施，减少溃坝所造成的巨大生命和财产损失。

对于大坝的瞬溃研究，以往的溃坝试验装置主要从坝体上方抽拉挡板，使水流从下方流出，抽拉挡板的过程客观上影响了坝体的溃决方式，也达不到瞬间溃决的效果，不可避免的人为干扰和误差最终会导致试验结果出现较大误差，影响试验的准确性。因此，坝体瞬间失稳溃决，特别是大地震或山体滑坡等不可抗拒的极端荷载引起的坝肩失稳、坝体瞬间溃决的模拟装置和试验方法还有待进一步研究。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种极端荷载条件下坝体瞬间失稳溃决的模拟装置及运行方法，克服现有坝体瞬间失稳溃决试验技术的不足，降低溃坝模型试验中的人为误差，特别是提供一种大地震或山体滑坡等不可抗拒的极端荷载引起的坝肩失稳、坝体瞬间溃决的模拟装置和试验方法，对提高水库大坝防灾减灾风险评估水平和降低水库水坝对下游的潜在危害具有重要意义。

技术方案：本发明解决其技术问题所采用的极端荷载条件下坝体瞬间失稳溃决的模拟装置，包括防漏单元、固定平台、坝体、水槽和失稳单元。

所述防漏单元由防漏箱和滞留器构成。所述防漏箱顶端中心位置设有圆孔，防漏箱的侧面上端边缘与槽底连接为一体，防漏箱下端固定于地面；所述滞留器位于防漏箱顶端的圆孔中，滞留器底部设有多个小孔。

所述固定平台由底座、支撑杆、铁圈、钢管、铁环、铁丝、重锤A、连接件、钢丝绳、重锤B、弹簧和支撑管构成。所述支撑杆下端固定于底座，支撑杆上端与钢管左下端固定连接；所述铁圈固定在支撑杆侧面，铁圈中心位于钢管左端的正下方；所述钢管横跨水槽，钢管正下方的侧面设有若干个横缝，钢管左端的下侧面固定在支撑杆上端，钢管右端的下侧面固定在支撑管上端；所述连接件穿过铁环布设在钢管内部；所述铁环的外直径大于钢管的内直径而小于钢管的外直径，铁环嵌套在钢管侧面的横缝内；所述铁丝一端与铁环连接、另一端穿过滞留器底部的某一个小孔后与重锤A连接；所述重锤B悬于铁圈正下方，重锤B通过钢丝绳与最左端的连接件相连；所述弹簧竖直布设在支撑管内，弹簧的外径等于支撑管的内径，弹簧上端通过钢丝绳与最右端的连接件相连，弹簧下端固定于支撑管下端；所述钢丝绳两端设有小球，小球的直径大于钢丝绳的直径；所述支撑管侧面设有半圆柱形的孔，支撑管下端固定于底座；所述底座为混凝土结构并固定于地面。

所述坝体由若干个挡板构成。挡板又由若干挡板块拼接而成，相邻的挡板块之间以及挡板块与所述水槽之间用止水材料密封，挡板的背水面一侧依靠在由铁环和重锤A共同索引的铁丝上。

所述水槽分为上游水槽和下游水槽，水槽由槽底和两侧的槽壁构成。上游水槽和下游水槽都与防漏单元和坝体连接，上游水槽的槽底和下游水槽的槽底连接处设有安装滞留器的圆孔。

所述失稳单元由电源开关、绝热盒、电阻丝和铜丝构成。所述失稳单元设置在支撑管侧面半圆柱形的孔中，失稳单元的外层是绝热盒；所述电阻丝竖直布置在绝热盒内部，电源开关安装在绝热盒外部并与电阻丝通过电线连接；所述铜丝从上到下穿过绝热盒，铜丝的上端固定在支撑管的顶端、下端连接在的弹簧上端。