專利名稱：壩下滲流實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明與水利工程有夫，特別與在河流上建壩后，庫水通過壩下地層滲流有關(guān)的壩下滲流實驗裝置有關(guān)。
背景技術(shù)：
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任何水壩壩體都將置于河床地層上。自然界一般不透水地層為泥巖、頁巖等軟弱地層，但軟弱地層河流以側(cè)蝕作用為主，往往形成寬谷，且力學強度低不利于建高壩，因此水壩大都建在力學強度高的花崗巖、石灰?guī)r、砂巖等剛性地層上。但剛性地層都是老地層，在漫長的地質(zhì)年代經(jīng)歷了多次地殼運動，使之產(chǎn)生裂隙、孔隙等透水通道，若不采取相應(yīng)的防滲措施，很可能出現(xiàn)壩下滲流現(xiàn)象，壩下滲流的危害；一是對水庫儲水造成影響，ニ是將產(chǎn)生壩下潛蝕，這往往是導致水壩災(zāi)難性破壞的重要原因。研究壩下滲流往往采用數(shù)學和數(shù)值模擬方法，以上方法不直觀，與實際地質(zhì)體相似性差，給研究帶來不便、初學者難以理解。發(fā)明內(nèi)容:
本發(fā)明的目的是為了克服以上不足，提供ー種能根據(jù)相似模擬原理以野外大壩地質(zhì)實體為模擬對象，遵循邊界條件相似，滲流場幾何形狀相似、運動規(guī)律相似原則來模擬壩下滲流的過程以及防止壩下滲流的措施及運用達西滲流定律分析防滲原理的壩下滲流實驗裝置。本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的:
本發(fā)明壩下滲流模擬實驗裝置，包括帶水泵的儲水箱、地質(zhì)體模擬箱，地質(zhì)體模擬箱內(nèi)下半部有壩下透水地層、壩基伸入中部壩下透水地層中的模擬水壩，分別位于模擬水壩上、下游端的模擬水庫、模擬原始河流，位于地質(zhì)體模擬箱外上游端的定水頭供水箱中有分別通過管道與儲水箱水泵和地質(zhì)體模擬箱中的模擬水庫相通的供水腔、通過回水管道與儲水箱相通的回流腔，位于地質(zhì)體模擬箱外下游端的定水頭排水箱中有通過管道與地質(zhì)體模擬箱中的模擬原始河流相通的溢流腔、通過管道與儲水箱或流量計相通的排水腔，至少三根等距離豎直裝在地質(zhì)體模擬箱壁相對模擬水壩上游處的示蹤劑注入管一端分別伸入模擬水庫下透水地層中同一水平面上，地質(zhì)體模擬箱下半部分內(nèi)放置石英砂用于模擬河床以下的壩下透水地層，地質(zhì)體模擬箱內(nèi)由水壩阻水形成模擬水庫與下游模擬原始河流河水的水位差，在該水位差作用下，模擬水庫儲水通過壩下透水層向下游河床滲流，地下水在地下孔隙中滲流是無法觀察的，為了顯現(xiàn)壩下透水地水滲流特征，將示蹤劑注入管的下端設(shè)置在水壩上游模擬水庫以下的透水地層的同一水平面上。當庫水開始滲流時，打開示蹤劑，此時示蹤劑與入滲庫水同時向水壩下游河床滲流，通過示蹤劑形成的水流跡線，可以清晰觀察壩下滲流特征，
上述的模擬水壩底部上游處有位于壩下透水地層中的防滲帷幕，用于增大滲透途徑、減小滲透量和滲透流速。上述的示蹤劑注入管為四根，根據(jù)試驗需要分別形成I 4條水流跡線。上述的地質(zhì)體模擬箱壁外上、下游端分別有能調(diào)節(jié)定水頭供水箱、定水頭排水箱高度的水位調(diào)節(jié)器，通過定水頭供水箱升降來控制試驗所需的庫水位高低，通過定水頭排水箱升降來控制試驗所需的模擬原始河流河水位高低，從而可以調(diào)節(jié)水庫水位和下游河床水位形成的水位差，達到控制壩下滲透水流的水力坡度的目的。上述的水位調(diào)節(jié)器中有裝在地質(zhì)體模擬箱上、下端的上支座、下支座，與定水頭供水箱或定水頭排水箱連接的帶內(nèi)螺紋的支耳，調(diào)節(jié)螺桿一端依次穿過上支座、與支耳上的螺紋配合后伸入下支座中且能轉(zhuǎn)動。上述的壩下透水地層的厚度至少為70cm,模擬水庫最高水庫水位為IlOcm,模擬原始河流最低河水位置為65cm，至少以IOcm的差值改變水力坡度3次，可滿足試驗中求得水文地質(zhì)參數(shù)的要求。上述的地質(zhì)體模擬箱采用透明材料制成，便于觀察水壩結(jié)構(gòu)，地下水的滲流狀態(tài)
坐寸o本發(fā)明裝置(無防滲帷幕)工作時，將定水頭供水箱，定水頭排水箱調(diào)整到模擬水庫水位高于模擬原始河流所需位置，水泵工作，儲水箱中的水經(jīng)過定水頭供水箱進入模擬水庫中，直至模擬水庫水位與水壩下游模擬原始河流的水位水位差處于動態(tài)平衡狀態(tài)，這時將示蹤劑注入各示蹤劑注入管中，隨著時間的推移，可以清晰地觀查到壩下滲流的狀況。如在本發(fā)明中在模擬水壩中裝入防滲帷幕這時能觀察到壩下滲流滲流距離増大，滲透流速變慢、滲透水量減小，使壩下滲流給水庫儲水和水壩安全造成影響得以改善。本發(fā)明遵循相似模擬的原則:
①幾何相似
模型和自然界地質(zhì)實體中所有的長度元素應(yīng)成比例。
若以ろ表示長度比例系數(shù)，則有
權(quán)利要求
1.下滲流實驗裝置，包括帶水泵的儲水箱、地質(zhì)體模擬箱，地質(zhì)體模擬箱內(nèi)下半部有壩下透水地層、壩基伸入中部壩下透水地層中的模擬水壩，分別位于模擬水壩上、下游端的模擬水庫、模擬原始河流，位于地質(zhì)體模擬箱外上游端的定水頭供水箱中有分別通過管道與儲水箱水泵和地質(zhì)體模擬箱中的模擬水庫相通的供水腔、通過回水管道與儲水箱相通的回流腔，位于地質(zhì)體模擬箱外下游端的定水頭排水箱中有通過管道與地質(zhì)體模擬箱中的模擬原始河流相通的溢流腔、通過管道與儲水箱或流量計相通的排水腔，至少三根等距離豎直裝在地質(zhì)體模擬箱壁相對模擬水壩上游處的示蹤劑注入管一端分別伸入模擬水庫下透水地層中同一水平面上。
2.按權(quán)利要求1所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于模擬水壩底部上游處有位于壩下透水地層中的防滲帷幕。
3.按權(quán)利要求1或2所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于示蹤劑注入管為四根。
4.按權(quán)利要求1或2所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于地質(zhì)體模擬箱壁外上、下游端分別有能調(diào)節(jié)定水頭供水箱、定水頭排水箱高度的水位調(diào)節(jié)器。
5.按權(quán)利要求4所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于水位調(diào)節(jié)器中有裝在地質(zhì)體模擬箱上、下端的上支座、下支座，與定水頭供水箱或定水頭排水箱連接的帶內(nèi)螺紋的支耳，調(diào)節(jié)螺桿一端依次穿過上支座、與支耳上的螺紋配合后伸入下支座中且能轉(zhuǎn)動。
6.按權(quán)利要求1或2所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于壩下透水地層的厚度至少為70cm,模擬水庫最高水庫水位為I IOcm,模擬原始河流最低河水位置為65cm。
7.按權(quán)利要求1或2所述的壩下滲流實驗裝置，其特征在于地質(zhì)體模擬箱采用透明材料制成。
全文摘要
本發(fā)明用于水利工程中的壩下滲流實驗裝置，包括帶水泵的儲水箱、地質(zhì)體模擬箱，地質(zhì)體模擬箱內(nèi)下半部有壩下透水地層、壩基伸入中部壩下透水地層上的模擬水壩，分別位于模擬水壩上、下游端的模擬水庫、模擬原始河流，位于地質(zhì)體模擬箱外上游端的定水頭供水箱中有分別與水泵和模擬水庫相通的供水腔、與儲水箱相通的回流腔，位于地質(zhì)體模擬箱外下游端的定水頭排水箱中有通過管道與模擬原始河流相通的溢流腔、通過管道與儲水箱或流量計相通的排水腔，至少三根示蹤劑注入管一端分別伸入模擬水庫下透水地層中同一水平面上。本發(fā)明能根據(jù)相似模擬原理以野外大壩地質(zhì)實體為模擬對象，模擬壩下滲流的過程以及防止壩下滲流的措施及運用達西滲流定律分析防滲原理。
文檔編號G01M10/00GK103091214SQ20111033413
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月29日
發(fā)明者虞修竟, 李天斌, 付小敏, 蔡國軍, 肖先煊, 蔣玄葦, 張野 申請人:成都理工大學