[发明专利]均质堤坝三维动物洞穴致灾机理模拟的装置和方法

摘要

本发明公开了一种均质堤坝三维动物洞穴致灾机理模拟的装置和方法，包括离心模型箱、支撑机构、拉拔调节机构、洞穴模拟架和安全检测机构。拉拔调节机构包括滑轨、滑块和水平拉拔驱动装置；洞穴模拟架包括圆环和至少三根直杆；所有直杆的一端沿周向均布在邻近背水坡面的圆环端面上，另一端形成顶点非固定端，并预埋在堤坝中；通过调节每根直杆与圆环之间的夹角，实现不同三维动物洞穴的模拟；安全检测机构包括位移传感器、渗压计、渗流监测传感器和图像测量系统。本发明在堤坝模型达到预定离心加速度后，实现白蚁、獾类等动物的三维洞穴网络的制作模拟，真实地反映堤坝运行过程中动物洞穴的出现，揭示其在复杂水力条件下的致灾过程和致灾机理。

主权项

1.一种均质堤坝三维动物洞穴致灾机理模拟的装置，其特征在于：包括离心模型箱、支撑机构、拉拔调节机构、洞穴模拟架和安全检测机构；离心模型箱能做离心运动，并能形成堤坝；堤坝的迎水坡面与离心模型箱内壁面形成盛水区，堤坝的背水坡面与离心模型箱内壁面形成背水区；支撑机构包括下层水平支撑板，下层水平支撑板直接或间接与位于背水区的离心模型箱内壁面可拆卸连接，下层水平支撑板的高度能够调节；拉拔调节机构包括滑轨、滑块和水平拉拔驱动装置；滑轨水平安装在邻近背水坡面的下层支撑板上，滑块滑动套装在滑轨的外周，并与水平拉拔驱动装置相连接；洞穴模拟架包括圆环和至少三根直杆；圆环可拆卸式套装在滑块的外周，并能随滑块一起沿导轨水平滑移；所有直杆的一端沿周向均布在邻近背水坡面的圆环端面上，所有直杆的另一端形成顶点非固定端，顶点非固定端预埋在堤坝中；每根直杆与圆环端面的连接方式均为铰接且能定位固定；通过调节每根直杆与圆环之间的夹角，实现不同三维动物洞穴的模拟；安全检测机构包括位移传感器、渗压计、渗流监测传感器和图像测量系统；位移传感器埋设在堤坝中，用于识别灾变过程中堤坝的变形特征；渗流监测传感器具有多组，均设置在位于待模拟三维动物洞穴沿程下方的堤坝中，每组渗流监测传感器均包括微型基质吸力传感器和微型孔隙水压力传感器；微型基质吸力传感器用于实时监测邻近三维动物洞穴处堤坝的基质吸力，微型孔隙水压力传感器用于实时监测邻近三维动物洞穴处堤坝的孔隙水压力变化和水力梯度分布特征；图像测量系统包括CCD摄像机和PIV图像测量系统；CCD摄像机用于多角度监测和摄录堤坝的变形、溃决全过程；PIV图像测量系统用于采集堤坝中坝面颗粒运动过程，以测量堤坝溃决时坝体位移发展变化，以便于分析和掌握堤坝溃决机理。