[发明专利]大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置

说明书

本发明公开了大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置，涉及堤防管涌险情演化机理物理模拟装置技术领域，所述大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置，通过根据渗流场监测系统监测到砂层压力水头和覆盖层的抗渗能力，使得在管涌口尚未扩展的覆盖层的上游区域且管涌口尚未扩展的覆盖层上游区域能抵抗承压水头的顶托作用而不发生破坏现象下，通过拆卸可拆换式盖板系统上的盖板，使覆盖层露出，为管涌口向上游扩展时不受约束提供条件，模拟真实堤防管涌险情扩展过程。

技术领域

本发明涉及堤防管涌险情演化机理物理模拟装置技术领域，具体涉及大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置。

背景技术

管涌险情是我国堤防最常见的险情之一，严重影响堤防安全运行，历年来对我国人民生命和财产造成重大损失。管涌是指在渗流作用下无粘性土体中的细颗粒通过粗大颗粒骨架的空隙发生移动或被带出，导致土层中形成通道而产生集中涌水的现象。室内物理模型试验是研究管涌险情机理的主要方法之一，但目前所采用的物理模型存在不足：(1)模型尺寸太小对管涌险情演化过程影响显著；(2)刚性盖板明显对管涌口扩展造成影响。在物理模型试验中，为了降低试验模型制作难度，一般采用刚性盖板模拟堤防堤基盖层以防止管涌口至上游进水区域由于承压水头的顶托力作用导致覆盖层被顶破，且在盖板上预留孔模拟管涌口。但该方法存在一个问题，即随着管涌险情发生时，管涌口和管涌流量是随时间与水力条件不断向上游方向扩展的，并导致黏土覆盖层发生坍塌，管涌口扩大，而盖板上预留孔在整个管涌演化过程中是固定不变的，严重约束了管涌流量与管涌口发展，使得所观察到的管涌险情发展规律明显与实际情况不同，无法对堤防管涌险情发生、发展与致溃全过程进行深入系统研究；(3)现有模型不能研究覆盖层力学特性对管涌扩展的影响。

发明内容

本发明提供的大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置通过增大物理模型尺寸、改进刚性盖板为可拆换式可有效解决管涌扩展过程与实际情况不一致的情况，为客观、准确地揭示管涌险情演化与致溃机理提供了解决方案。

本发明提供的大型堤防管涌险情演化机理物理模拟装置，包括：

模型主体、可拆换式盖板系统、供水系统、渗流场监测系统；

所述模型主体用于模拟包括覆盖层和砂层的堤基；

所述供水系统与所述模型主体相通；所述供水系统用于为所述模型主体提供管涌险情模拟过程中的水力条件；

所述可拆换式盖板系统覆盖在管涌口上游区域的覆盖层上；

所述渗流场监测系统用于监测所述砂层的压力水头。

可选地，还包括：覆盖层变形监测系统、管涌流量与含沙量监测系统和管涌口形态扩展监测系统中的任意一种系统或者多种系统；

所述覆盖层变形监测系统，用于监测所述覆盖层的变形情况；

所述管涌流量与含沙量监测系统，用于监测管涌排水流量及排水浊度变化；

所述管涌口形态扩展监测系统，用于监测拍摄管涌扩展过程。

可选地，所述覆盖层变形监测系统设置在覆盖层中，所述覆盖层变形监测系统包括：多个位移变形监测仪；

所述管涌流量与含沙量监测系统，位于管涌口的下游区域且邻近排水室；所述管涌流量与含沙量监测系统包括：流量监测仪和浊度仪；

所述管涌口形态扩展监测系统，包括：至少两台高清摄像机；至少一台高清摄像机固定于管涌口上方；至少一台高清摄像机为可移动式高精度摄像机，所述可移动式高精度摄像机安装在在模型主体一侧的活动轨道上。

可选地，还包括：循环水系统；

所述循环水系统与所述供水系统和所述模型主体分别相通；用于将所述模型主体上的管涌口涌出的水回收，以及为所述供水系统供水。