本發(fā)明涉及水力學模型實驗設施技術領域，具體涉及一種用于梯級潰壩問題研究中模擬上游拱壩潰壩但下游大壩不發(fā)生潰壩、上游潰壩洪水對下游大壩產生沖擊破壞的實驗水槽裝置。

背景技術：

潰壩問題的模擬實驗常會在水槽中進行，按照潰壩形式將潰壩分為瞬間全潰、瞬間部分潰、逐漸潰三大類。拱壩一旦發(fā)生潰壩事故，常屬于瞬間全潰。如果瞬間全潰則洪水往往伴隨洪峰流量大、流量過程劇烈、破壞力強、造成災害巨大。目前，我國許多河流都先后進行了梯級開發(fā)。在取得較大的綜合效益的同時，也應該警惕潰壩風險帶來的危害。梯級壩群中，上游潰壩洪水對下游大壩的沖擊及破壞、不同庫容大小的上游水庫潰壩對下游大壩影響程度的定量分析研究成果較少，亟待深入研究。

技術實現要素：

本發(fā)明克服了現有技術的不足，提供一種模擬上游大壩潰壩對下游大壩產生沖擊影響的實驗裝置；旨在能夠模擬上游拱壩潰壩、下游拱壩不潰壩的情況之下，而通過實驗獲取上游潰壩洪水沖擊下游大壩的梯級潰壩問題的數據。

考慮到現有技術的上述問題，根據本發(fā)明公開的一個方面，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種模擬上游大壩潰壩對下游大壩產生沖擊影響的實驗裝置，包括水槽、上游拱壩模型擋板和下游拱壩模型擋板，所述上游拱壩模型擋板和下游拱壩模型擋板設置于所述水槽內，所述上游拱壩模型擋板上游的水槽內設置至少兩級庫容，相鄰兩級庫容之間通過設置能夠調節(jié)庫容容積的隔板隔開，所述水槽上方設置用于向所述水槽內注入水的注水裝置，所述下游拱壩模型擋板上設置用于獲取上游拱壩模型擋板洪水演進特性及其對下游的沖擊及破壞特性的監(jiān)測儀器。

為了更好地實現本發(fā)明，進一步的技術方案是：

根據本發(fā)明的一個實施方案，所述上游拱壩模型擋板高度h1、下游拱壩模型擋板高度h2、水槽高度h3之間滿足：h1≤h2≤h3。

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述庫容設置為三級，用于分隔所述庫容的隔板分為第一隔板和第二隔板。

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述水槽上設置用于插入隔板的隔板槽。

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述水槽寬度b為80-100cm；上游拱壩模型擋板高度h1為30-50cm，下游拱壩模型擋板高度h2為40-70cm，水槽高度h3為50-80cm；第一級隔板槽前庫容長度l1為80-120cm，第一級隔板槽與第二級隔板槽之間距離l2為80-100cm，第二級隔板槽與上游拱壩模型擋板之間距離l3為80cm，上游拱壩模型擋板和下游拱壩模型擋板之間距離l4為160-230cm。

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述上游拱壩模型擋板下部通過設置于所述水槽底部的軸承阻擋，所述上游拱壩模型擋板與支架裝置活動連接，所述支架裝置與設置于所述水槽上部的支撐桿連接。

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述支架裝置上設置提手。

本發(fā)明還可以是：

根據本發(fā)明的另一個實施方案，所述注水裝置為三角堰。

與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果之一是：

本發(fā)明的一種模擬上游大壩潰壩對下游大壩產生沖擊影響的實驗裝置，具有：1)實現了壩前庫容靈活變化、同時達到了節(jié)省實驗時間和實驗成本的目的；2)可模擬上游拱壩發(fā)生潰壩、下游拱壩不發(fā)生潰壩的情況，下游壩面布置監(jiān)測儀器，研究上游潰壩洪水演進特性及其對下游的沖擊及破壞，同一工況可重復操作，能夠較為便捷的捕捉到常規(guī)手段難以獲取的潰壩實驗數據，制作原理簡單、操作性強；3)不同部位預設隔板槽，隔板槽插入隔板可控制水庫庫容，制作原理簡單、實用性較強；4)本梯級潰壩實驗裝置結構簡單，實驗方案調整及優(yōu)化較為方便，操作性強，可廣泛使用于潰壩及梯級潰壩模型實驗當中。

附圖說明

為了更清楚的說明本申請文件實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術的描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是對本申請文件中一些實施例的參考，對于本領域技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下，還可以根據這些附圖得到其它的附圖。

圖1為根據本發(fā)明一個實施例的梯級潰壩實驗裝置剖視示意圖。

圖2為根據本發(fā)明一個實施例的梯級潰壩實驗裝置俯視示意圖。

圖3為圖1所示梯級潰壩實驗裝置i-i剖面示意圖。

圖4為根據本發(fā)明一個實施例的實驗水槽裝置中插入一級隔板的效果示意圖。

圖5為根據本發(fā)明一個實施例的實驗水槽裝置中插入二級隔板的效果示意圖。

圖6為根據本發(fā)明一個實施例的實驗水槽裝置中不插入擋板的效果示意圖。

其中，附圖中的附圖標記所對應的名稱為：

1—注水裝置，2—第一隔板，3—第二隔板，4—支撐桿，5—提手，6—支架裝置，7—上游拱壩模型擋板，8—軸承，9—下游拱壩模型擋板，l1—第一級隔板槽前庫容長度，l2—第一級隔板槽與第二級隔板槽之間距離，l3—第二級隔板槽與上游拱壩模型擋板之間距離，l4—上游拱壩模型擋板與下游拱壩模型擋板之間距離，b—水槽寬度，h1—上游拱壩模型擋板高度，h2—下游拱壩模型擋板高度，h3—水槽高度。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

如圖1～圖6所示，一種模擬上游大壩潰壩對下游大壩產生沖擊影響的實驗裝置，包括水槽、上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9，所述上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9設置于所述水槽內，所述上游拱壩模型擋板7上游的水槽內設置至少兩級庫容，相鄰兩級庫容之間通過設置能夠調節(jié)庫容容積的隔板隔開，所述水槽上方設置用于向所述水槽內注入水的注水裝置1，注水裝置1可以采用三角堰等，注水裝置1與注水系統(tǒng)連接，所述下游拱壩模型擋板9上設置用于獲取上游拱壩模型擋板7洪水演進特性及其對下游的沖擊及破壞特性的監(jiān)測儀器。

上游拱壩模型擋板7高度h1、下游拱壩模型擋板9高度h2、水槽高度h3之間滿足：h1≤h2≤h3。

再如圖1-圖6所示，以庫容設置為三級為例，其用于分隔所述庫容的隔板分為第一隔板2和第二隔板3。為了便于安裝隔板，所述水槽上設置用于插入隔板的隔板槽。

本實驗裝置的部分尺寸優(yōu)選如下，其水槽寬度b為80-100cm；上游拱壩模型擋板7高度h1為30-50cm，下游拱壩模型擋板9高度h2為40-70cm，水槽高度h3為50-80cm；第一級隔板槽前庫容長度l1為80-120cm，第一級隔板槽與第二級隔板槽之間距離l2為80-100cm，第二級隔板槽與上游拱壩模型擋板7之間距離l3為80cm，上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9之間距離l4為160-230cm。

如圖2和圖3所示，所述上游拱壩模型擋板7下部通過設置于所述水槽底部的軸承8阻擋，所述上游拱壩模型擋板7與支架裝置6連接，所述支架裝置6與設置于所述水槽上部的支撐桿4連接。所述支架裝置6上設置提手5。即軸承8下端設置螺紋柱，水槽底部設置螺紋孔，軸承8通過其下端的螺紋柱旋入所述螺紋孔內，上游拱壩模型擋板7的下游一側通過該軸承8進行阻擋，上游拱壩模型擋板7上部與支架裝置6活動連接，即支架裝置6可通過一阻擋部卡在所述上游拱壩模型擋板7上部，支架裝置6與支撐桿4轉動連接，在模擬潰壩的情況下，向上提支架裝置6，支架裝置6繞支撐桿4旋轉，使支架裝置6脫離上游拱壩模型擋板7，在模擬的洪水的沖擊下，上游拱壩模型擋板7則發(fā)生潰壩。

實施例1

梯級潰壩實驗裝置結構如圖1和圖2所示，包括三角堰輸水系統(tǒng)、水槽、隔板、上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9。水槽寬度b為80cm；上游拱壩模型擋板7高度h1為30cm，下游拱壩模型擋板9高度h2為40cm，水槽高度h3為50cm；第一級隔板槽前庫容長度l1為80cm，第一級隔板槽與第二級隔板槽之間距離l2為80cm，第二級隔板槽與上游拱壩模型擋板7之間距離l3為80cm，上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9之間距離l4為160cm。

在此情況下，插入不同隔板，上游水庫庫容可以分別為0.192m³、0.384m³、0.576m³。實驗過程中，水庫庫容可以在三者之間變換，進而模擬不同庫容條件下，定量分析上游拱壩潰壩對下游拱壩(不潰壩)的沖擊破壞特性。

實施例2

水槽寬度b為100cm；上游拱壩模型擋板7高度h1為50cm，下游拱壩模型擋板9高度h2為70cm，水槽高度h3為80cm；第一級隔板槽前庫容長度l1為120cm，第一級隔板槽與第二級隔板槽之間距離l2為100cm，第二級隔板槽與上游拱壩模型擋板7之間距離l3為80cm，上游拱壩模型擋板7和下游拱壩模型擋板9之間距離l4為230cm。

在此情況下，插入不同隔板，上游水庫庫容可以分別為0.40m³、0.90m³、1.50m³。在不同上游水庫庫容條件下，定量分析上游拱壩潰壩對下游拱壩(不潰壩)的沖擊破壞特性。

綜上所述，傳統(tǒng)潰壩實驗中，往往通過修建不同庫容的模型來分析庫容大小對潰壩問題的影響，施工準備時間較長、實驗方式復雜、實驗成本較高。本發(fā)明所述新型實驗水槽裝置可達到壩前庫容靈活變化、同時節(jié)省實驗成本和時間的目的。本發(fā)明中上游壩前水位達到預設高度之后，人為控制實現上游拱壩潰壩、下游拱壩不發(fā)生潰壩。以此模擬上游潰壩洪水對下游拱壩的沖擊及破壞情況，實驗過程中，在下游拱壩壩面布置壓力和水位等傳感器，以捕捉瞬間的沖擊水力特性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分相互參見即可。

在本說明書中所談到的“一個實施例”、“另一個實施例”、“實施例”、等，指的是結合該實施例描述的具體特征、結構或者特點包括在本申請概括性描述的至少一個實施例中。在說明書中多個地方出現同種表述不是一定指的是同一個實施例。進一步來說，結合任一實施例描述一個具體特征、結構或者特點時，所要主張的是結合其他實施例來實現這種特征、結構或者特點也落在本發(fā)明的范圍內。

盡管這里參照本發(fā)明的多個解釋性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是，應該理解，本領域技術人員可以設計出很多其他的修改和實施方式，這些修改和實施方式將落在本申請公開的原則范圍和精神之內。更具體地說，在本申請公開和權利要求的范圍內，可以對主題組合布局的組成部件和/或布局進行多種變型和改進。除了對組成部件和/或布局進行的變型和改進外，對于本領域技術人員來說，其他的用途也將是明顯的。