[发明专利]一种土石坝滑坡渗流性态模拟试验装置和方法

说明书

本发明公开了一种土石坝滑坡渗流性态模拟试验装置和方法，包括试验箱、进水系统、泄流模拟系统、测量系统、土石坝模型；土石坝模型位于试验箱内，进水系统位于试验箱上游侧左侧上部，用于导入实验用水；泄流模拟系统位于试验箱底部，用于模拟多种工况下的泄流过程，测量系统包括控制箱、上游水位计、下游水位计、电法测量电极、渗压计、连接线、控制箱平台、水位计平台，用于实现多种监测数据的实时测量；本发明能够真实的模拟水位骤变条件下的边坡滑坡过程，实现渗流性态变化的动态监测，为水位骤变条件下滑坡的瞬时渗流性态变化的研究提供动态的空间渗流性态信息。

技术领域

本发明涉及土石坝渗流性态的模拟实验领域，尤其是库水位骤降诱发的土石坝上游库岸滑坡的渗流性态实时模拟测试和试验监测领域。

背景技术

我国拥有水库大坝9万多座，绝大部分为土石坝，这些水库大坝为防御洪水灾害和保障国民经济建设发展发挥了重要作用。但是由于各种原因，在外在环境因素和自身存病险的综合影响下，存在着渗透破坏、滑坡，甚至是溃坝的风险。近年来，极端气候现象和地震灾害频发，使得土石坝滑坡的风险增大。库水位的骤变会扰乱大坝原有的渗流性态，诱发滑坡，其中，一半以上的滑坡发生在库水位骤降的过程中。水库在受到地震、暴雨影响，或在施工、蓄水等过程中，都有可能经历水位骤降的工作条件，这种条件下极易造成上游坝坡的滑坡。

由于水库水位骤降过程是一个随着渗透系数逐渐变化，大坝空间渗流性态动态变化的过程，且不同材料的变化过程不同，通过常规的数值分析方法，要进行大量测参数假设，难以了解实际的渗流性态变化过程，而通过渗压计、测压管等测量手段，则需要布置大量监测仪器同时会破坏原有土体结构，影响渗流性态。为此，需要一套能够便捷模拟多种渗流过程，同时无损实时监测渗流性态变化的系统和方法。这对水库骤降下，大坝滑坡的产生机理、渗流性态变化规律的研究预警应用有非常重要的价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种土石坝滑坡渗流性态模拟试验装置和方法，能够模拟多种工况下水库水位骤诱发滑坡的过程，实现土石坝空间渗流性态信息的实时获取。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明提供一种土石坝滑坡渗流性态模拟试验装置，包括试验箱、进水系统、泄流模拟系统、测量系统、土石坝模型，土石坝模型位于试验箱内，断面为梯形。

作为优选，所述的试验箱包括箱体、上游出水阀、下游出水阀、扶梯1、扶梯2、扶梯3、扶梯4，箱体为长方体，材料为PVC板材，外侧有铁架固定，在保证箱体承重强度的同时，确保实验过程的外在可视；箱体上部临空，通过吊机，可用于将实验设备和材料吊入和安装；上游出水阀位于试验箱上游侧底部，下游出水阀位于试验箱下游侧底部，下游出水阀最大流量不小于2.0m³/h，实现试验中能够实时排泄上游泄流水体，达到泄流的真实模拟；扶梯1和扶梯2分别竖直固定于上游侧竖向箱体外部和内部表面，扶梯3和扶梯4分竖直固定于下游侧竖向箱体内部和外部表面，用于实验人员、仪器的出入和操作。

作为优选，所述的土石坝模型与试验箱体在底面、左侧、右侧接触部位设有交叠式过渡层，过渡层界面为PVC材料的M型槽结构，断面为梯形，一端胶结固定在箱体上，另一端插入土石坝土体，槽结构与土石坝土体接触面为毛面，以延长渗流路径，减少箱体和土体之间由于渗透性不同对实验的影响。

作为优选，所述的进水系统位于箱体上游侧右侧上部，进水系统包括进水阀、进水流量计、缓冲水槽，进水阀进口连接外接的供水管路，进水阀出口穿过进水流量计，并穿入箱体；缓冲水槽为上部开口箱体，固定于进水阀出口下部，缓冲水槽下半部为长方体，缓冲水槽下半部安装有透水材料，靠近箱体一面临空，无遮挡，以避免进水系统注水过程对上游坡的影响。

作为优选，所述的泄流模拟系统包括水位控制软管、电子水阀、泄流流量计、泄流模拟管，泄流模拟管进口从箱体上游底部穿出，泄流模拟管上装有电子水阀和泄流流量计，泄流模拟管从下游侧箱体底部穿入，与水位控制软管套接。