[发明专利]坝下渗流实验装置

说明书

技术领域：

本发明与水利工程有关，特别与在河流上建坝后，库水通过坝下地层渗流有关的坝下渗流实验装置有关。

背景技术：

任何水坝坝体都将置于河床地层上。自然界一般不透水地层为泥岩、页岩等软弱地层，但软弱地层河流以侧蚀作用为主，往往形成宽谷，且力学强度低不利于建高坝，因此水坝大都建在力学强度高的花岗岩、石灰岩、砂岩等刚性地层上。但刚性地层都是老地层，在漫长的地质年代经历了多次地壳运动，使之产生裂隙、孔隙等透水通道，若不采取相应的防渗措施，很可能出现坝下渗流现象，坝下渗流的危害；一是对水库储水造成影响，二是将产生坝下潜蚀，这往往是导致水坝灾难性破坏的重要原因。研究坝下渗流往往采用数学和数值模拟方法，以上方法不直观，与实际地质体相似性差，给研究带来不便、初学者难以理解。

发明内容：

本发明的目的是为了克服以上不足，提供一种能根据相似模拟原理以野外大坝地质实体为模拟对象，遵循边界条件相似，渗流场几何形状相似、运动规律相似原则来模拟坝下渗流的过程以及防止坝下渗流的措施及运用达西渗流定律分析防渗原理的坝下渗流实验装置。

本发明的目的是这样来实现的：

本发明坝下渗流模拟实验装置，包括带水泵的储水箱、地质体模拟箱，地质体模拟箱内下半部有坝下透水地层、坝基伸入中部坝下透水地层中的模拟水坝，分别位于模拟水坝上、下游端的模拟水库、模拟原始河流，位于地质体模拟箱外上游端的定水头供水箱中有分别通过管道与储水箱水泵和地质体模拟箱中的模拟水库相通的供水腔、通过回水管道与储水箱相通的回流腔，位于地质体模拟箱外下游端的定水头排水箱中有通过管道与地质体模拟箱中的模拟原始河流相通的溢流腔、通过管道与储水箱或流量计相通的排水腔，至少三根等距离竖直装在地质体模拟箱壁相对模拟水坝上游处的示踪剂注入管一端分别伸入模拟水库下透水地层中同一水平面上，地质体模拟箱下半部分内放置石英砂用于模拟河床以下的坝下透水地层，地质体模拟箱内由水坝阻水形成模拟水库与下游模拟原始河流河水的水位差，在该水位差作用下，模拟水库储水通过坝下透水层向下游河床渗流，地下水在地下孔隙中渗流是无法观察的，为了显现坝下透水地水渗流特征，将示踪剂注入管的下端设置在水坝上游模拟水库以下的透水地层的同一水平面上。当库水开始渗流时，打开示踪剂，此时示踪剂与入渗库水同时向水坝下游河床渗流，通过示踪剂形成的水流迹线，可以清晰观察坝下渗流特征， 

上述的模拟水坝底部上游处有位于坝下透水地层中的防渗帷幕，用于增大渗透途径、减小渗透量和渗透流速。

上述的示踪剂注入管为四根，根据试验需要分别形成1～4条水流迹线。

上述的地质体模拟箱壁外上、下游端分别有能调节定水头供水箱、定水头排水箱高度的水位调节器，通过定水头供水箱升降来控制试验所需的库水位高低，通过定水头排水箱升降来控制试验所需的模拟原始河流河水位高低，从而可以调节水库水位和下游河床水位形成的水位差，达到控制坝下渗透水流的水力坡度的目的。

上述的水位调节器中有装在地质体模拟箱上、下端的上支座、下支座，与定水头供水箱或定水头排水箱连接的带内螺纹的支耳，调节螺杆一端依次穿过上支座、与支耳上的螺纹配合后伸入下支座中且能转动。

上述的坝下透水地层的厚度至少为70cm，模拟水库最高水库水位为110cm，模拟原始河流最低河水位置为65cm，至少以10cm的差值改变水力坡度3次，可满足试验中求得水文地质参数的要求。

上述的地质体模拟箱采用透明材料制成，便于观察水坝结构，地下水的渗流状态等。

本发明装置（无防渗帷幕）工作时，将定水头供水箱，定水头排水箱调整到模拟水库水位高于模拟原始河流所需位置，水泵工作，储水箱中的水经过定水头供水箱进入模拟水库中，直至模拟水库水位与水坝下游模拟原始河流的水位水位差处于动态平衡状态，这时将示踪剂注入各示踪剂注入管中，随着时间的推移，可以清晰地观查到坝下渗流的状况。如在本发明中在模拟水坝中装入防渗帷幕这时能观察到坝下渗流渗流距离增大，渗透流速变慢、渗透水量减小，使坝下渗流给水库储水和水坝安全造成影响得以改善。

本发明遵循相似模拟的原则：

①几何相似

模型和自然界地质实体中所有的长度元素应成比例。

若以                                                表示长度比例系数，则有

                                     （1）