[发明专利]一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置及试验方法，装置包括储水箱、水泵、试验土体、不透水隔板、流速测量装置、试验土体监测装置；针对堤坝涌浪侵蚀或漫顶冲刷室内模型试验，通过模拟观测不同条件（水位、流量）下不同类型土体（黏土、壤土或砂土）侵蚀或冲刷发展变化过程，获取土质堤坝的冲刷临界流速，为分析不同类型土体的侵蚀冲刷演化规律和破坏严重程度提供条件。

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，具体涉及一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置及试验方法。

背景技术

极端强降雨预测预报困难，超标准洪水不可避免，面对突发超标准洪水时的堤坝防洪风险问题突出。对土石堤坝而言，高水位时的涌浪侵蚀和漫顶冲刷是引起堤坝溃决的重要原因；但侵蚀冲刷并不一定必然造成溃决，如2021年“7·20”暴雨期间，郑州郭家咀水库就经历了漫而未溃的情况。研究表明，对不同的砂砾石粒径或块石大小，均存在不冲和启动临界流速；对黏性土体而言，其抗冲流速与粘聚力、密实度及土的种类、水深等都有关系，难以通过计算分析，试验获取其启动临界流速基本是唯一手段。因此，通过试验研究土质堤坝材料在涌浪侵蚀或漫顶冲刷下的启动临界流速和发展变化过程，以增强突发洪水事件时堤坝应急处置的针对性，对提升堤坝自然灾害防御水平，保障“水库不垮坝、重要堤防不决口”具有重要科学价值和现实意义。

现有的已有试验装置均是对土坝漫顶溃决的研究，观测的是大坝溃口规律及溃决发展过程，受尺寸及观测手段限制，无法观测到土质堤坝的冲刷临界流速，更无法有效观测到不同类型土体的侵蚀冲刷发展变化过程和冲刷严重程度随时间、水深等的变化规律。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置及试验方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种堤坝漫顶侵蚀/冲刷过程模拟试验装置，包括：

储水箱，通过控制水位模拟堤坝临水侧的库水位或河道水位高低，所述储水箱的水位高度可调，且其中一侧设置有出水口，用于高水位时的涌浪或漫顶出流；

水泵，进口端与水源连通，出口端通过管道与储水箱相连通，用于为储水箱提供实验用水，并可通过流量控制调节调控储水箱中水位高度及出流大小；

试验土体，堆设在所述储水箱的出水口一侧，根据所需分析堤坝工程的实际情况压实填筑并设置倾斜坡度，用于模拟实体堤坝；

不透水隔板，竖直设置在试验土体两侧，且不透水隔板的高度高于试验土体的最高高度，用于控制漫顶出流范围；

流速测量装置，沿所述试验土体坡度方向设置并通过铰接装置连接到支架上，用于监测模拟堤坝的试验土体在漫顶侵蚀/冲刷过程中不同位置处的水体流速；

试验土体监测装置，被配置为测量沿水流方向不同位置处的试验土体侵蚀/冲刷深度的变化情况。

在一些实施例中，所述流速测量装置采用流速测量板，所述流速测量板为对称结构的中间厚两端薄的弧形板，其中流速测量板的上表面平整，下表面为弧形结构；

在一些实施例中，所述不透水隔板上设置有支架，所述流速测量板上部铰接设置在支架上，下端自然落下位于试验土体的坡面上，其中所述铰轴水平面设置；

所述流速测量板的下端设置有传感器，用于感应流速测量板下端在冲刷水流顶托下的抬升高度。

在一些实施例中，所述流速测量板受水流动能顶托影响，会克服铰接摩擦力及重力上抬一定高度，所述流速测量板下端的抬升高度与流速关系预先率定，并通过流速仪矫正。

优选的，所述流速测量板的材质为有机塑料。

在一些实施例中，所述试验土层监测装置采用测量米尺，所述支架上开设有多个用于安装测量米尺的通孔，所述测量米尺竖直穿设在所述支架的通孔中，且可上下自由移动。

在一些实施例中，所述试验土体能够根据模拟情况选用粘土、壤土或砂土不同性状土体。