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专利号: 202310205384X
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2026-03-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验装置,其特征在于:它包括环境模拟系统、过程监测系统和颗粒收集系统;

所述环境模拟系统包括槽体、设置在所述槽体内的土坝或堤岸模型、用于模拟土坝或堤岸内侧水位变动的水位调节模拟部件以及用于模拟风吹日晒的暖风控制部件;

所述过程监测系统包括摄像记录仪器和多变量监测部件,所述摄像记录仪器安装在所述槽体外侧;

所述颗粒收集系统包括水土收集容器和水土分离器,所述水土收集容器与槽体的底板连接;所述水土分离器包括沉淀水桶和依次连接在所述沉淀水桶上的多个不同孔径的筛网盘,所述筛网盘上边缘、下边缘和所述沉淀水桶的上边缘均设置有螺纹,所述筛网盘与所述沉淀水桶通过螺纹进行组合拼装;

所述槽体包括底板及安装在底板三侧的透明挡板;所述底板上设有5~10度的固定坡段,所述固定坡段由混凝土制备而成;所述透明挡板为钢化玻璃,所述透明挡板安装在底板三个侧面上,使槽体形成一个三侧封闭、一侧开口的长方体箱型结构;

所述水位调节模拟部件包括用于模拟水位变动的蓄水槽和进水阀、出水阀;所述蓄水槽由铺设在堤坝土体迎水面一侧的碎石层直接挡水,其他三侧为透明挡板;所述进水阀安装在后侧透明挡板上部;所述出水阀安装在后侧透明挡板底部;

所述暖风控制部件包括架设在槽体两侧的透明挡板上的支架及连接在所述支架上的多个暖风扇,所述暖风扇设有多个挡位的温度和风速,所述暖风扇的出风角度可调节。

2.根据权利要求1所述的一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验装置,其特征在于:所述土坝或堤岸模型包括梯形的堤坝土体、铺设在堤坝土体迎水面一侧的碎石层和安装在堤坝土体出水面一侧的坡表标记点。

3.根据权利要求2所述的一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验装置,其特征在于:所述过程监测系统包括摄像记录仪器和埋设在土体内的多变量监测部件,所述摄像记录仪器由三台高清摄像头组成,分别布置于槽体的侧面、前部无挡板一面及槽体堆载土体正上方,所述多变量监测部件包括多个埋设在土体内部的传感器和外置的数据采集器,数据采集器与传感器电连接。

4.一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验方法,其特征在于,采用权利要求1-3任一项所述的一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验装置,包括以下步骤:步骤一,根据工程建设需要或科学研究方案,配制堤坝土体,在槽体内的固定坡段上分层堆砌堤坝土体并夯实,同时按试验方案针对性的分层埋设传感器并连接数据采集器,堤坝土体堆载完成后,在其迎水面一侧坡表铺设一层碎石层,在出水面一侧坡表布设若干个坡表标记点;

步骤二,调整高清摄像头、传感器及其数据采集器,确保仪器均正常运行,精确放置水土收集容器,固定水土分离器;

步骤三,打开蓄水槽上部的进水阀,控制蓄水槽水位达到试验预设水位高度后,调整蓄水槽进水阀,以模拟河库水位上升的情况;

步骤四,依据水土收集容器的收集情况,间隔一段时间将底板下方的水土收集容器取出,并及时替换新的水土收集容器,将取下后的水土收集容器中悬浊液倒入组装好的水土分离器中过筛沉淀,并按时间信息做好编号保存;

步骤五,按试验方案及设计工况调整蓄水槽的进水阀、出水阀,模拟河库水位下降的情况;在水位下降时打开暖风扇以模拟风吹日晒环境条件变化使得两侧堤岸土体因蒸发而开裂对渗透破坏的促进作用;

步骤六,按试验设计工况及具体试验方案重复步骤三至步骤五;待所有预定试验方案内容均完成后,将当前放置底板处的水土收集容器取出,将其中混合液倒入组装好的水土分离器过筛沉淀;关闭蓄水槽进水阀和暖风扇,打开出水阀,进行蓄水槽水位下降排出;

步骤七,待降水完成后,停止传感器数据采集,关闭高清摄像头,保存相关数据及影像资料;清理并保存高清摄像头、传感器及数据采集器和水土收集容器,回收坡表标记点,拆卸水土分离器并清洗保存,清理试验槽内土体;

步骤八,将所有经水土分离器过筛沉淀的各筛网盘及沉淀水桶中的土颗粒分别采集至试样盒并烘干后称重,统计整理试验数据,得到一定时段内的渗透作用下土颗粒流失特征关系,结束试验。

5.根据权利要求4所述的一种模拟水位变动下土坝或堤岸渗透破坏的模型试验方法,其特征在于,在步骤三至步骤五中,通过改变蓄水槽的水位升降速率、改变暖风扇作用时长,分析河库水位变动特征和堤坝土体裸露开裂程度对堤坝渗透破坏的影响。