[发明专利]人工降雨装配式模型试验系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模型试验系统和方法，具体为用于试验降雨对尾矿库坝体、土石坝及边坡的影响。

背景技术

尾矿库坝体、土石坝及边坡受到降雨影响的变形、稳定或渗流特性相关模型试验一般都在模型试验槽中进行，同样地基变形和承载力的相关模型试验一般也在模型试验槽中进行。模型试验有着公认的实际意义和科学价值，通过模型槽试验，可以研究尾矿库坝体、土石坝、边坡的变形、破坏特性或内部渗流场的演化规律，也可以研究地基承载力和变形规律及特征参数。

传统人工降雨模型槽试验一般包括人工降雨系统、模型试验槽、试验观察系统和泥水回收系统，传统试验观察系统主要测量降雨过程中边坡土中含水量或孔隙水压力的分布等。其中模型试验槽尺寸是固定的，大小不能调节，人工降雨系统降雨面积一般与模型试验槽尺寸是一致，考虑到尾矿坝土、边坡的尺寸不同、以及地基的边界尺寸不同，单一试验槽尺寸不能完全符合众多不同的模型试验，这样严重影响试验结果精度，甚至会造成错误的试验结果。所以，对于传统的人工降雨模型槽一般都根据某次试验进行定制，定制的尺寸往往是固定的，进行试验完就废弃了或只能做更小尺寸的模型试验，造成了材料的浪费。

发明内容

本发明是提供一种人工降雨装配式模型试验系统和方法，能够根据被模拟坝体的实际情况调整模型箱的大小和相关参数，实现模拟材料的循环利用。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

人工降雨装配式模型试验系统，包括降雨喷头支撑架、设置在降雨喷头支撑架顶部的降雨系统、安装在降雨喷头支撑架内部由装配单元连接组成的无盖模型箱以及分别设置在模型箱两侧的截水沟I和截水沟II，所述截水沟II与模型箱之间设置深度比截水沟II深度浅的泥沙收集池，截水沟II和泥沙收集池之间设置过滤系统；所述模型箱内设置箱内观察系统；降雨喷头支撑架外部设置外部测量系统。

本发明的进一步改进在于：所述模型箱的装配单元包括设置在水平方向上的钢板和设置在竖直方向上的、下端与钢板固定连接的有机玻璃板，所述有机玻璃板的两侧设置纵向连接架、上端设置横向连接架、中部与钢板之间通过斜撑连接。

本发明的进一步改进在于：所述降雨系统包括设置在模型箱外部的水泵以及与水泵连接的主管道，所述主管道的另一端连接若干支管道，所述支管道末端的设置均布在降雨喷头支撑架顶部的喷头。

本发明的进一步改进在于：所述支管道上沿着水流方向依次设置阀门、水压计和流量计；支管道的数量为4~10个。

本发明的进一步改进在于：所述过滤系统包括两道相平行的外壁钢丝网以及沿水流方向依次设置外壁钢丝网中间间隙内的碎石层、粗砂层和土工布层。

本发明的进一步改进在于：装配式模型试验方法包括以下步骤，

A、根据需要降雨喷头支撑架；

B、确定模型箱的尺寸，根据模型箱的尺寸确定装配单元的数量，组装模型箱；

C、调节降雨系统的支管道上的阀门控制降雨区域和大小；

D、在模型腔内堆筑坝坡，埋设箱内观察系统；

E、在模型箱两侧挖设截水沟I、截水沟II以及泥沙收集池，安装过滤系统；安装外部测量系统；

F、开始降雨试验，收集试验数据。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的技术进步在于：

本发明能够根据模拟的坝体的实际情况调整模拟箱的大小、降雨区域和降雨量，试验更加精确，能够反复使用，节约材料。

本发明的模型箱能够是通过装配单元连接组成，拆装方便，可以根据不同需求增加装配单元的数量，来改变模型箱的大小和形状，使试验条件更加真实地模拟实际情况。

本发明的降雨系统通过主管道分出若干支管道，支管道上设有阀门、水压计和流量计，通过控制阀门的开启和关闭来调整降水区域，通过调节阀门的控制支管道的水流速来调整降水的大小；通过水压计和流量计可以精确的判断水流大小，模拟降雨更加精确。

本发明的泥沙收集池和截水沟II之间设置过滤装置，泥水在泥沙收集池中通过过滤装置的碎石层、粗砂层和土工布层的过滤，过滤后的干净水流入截水沟II内回收。

本发明的箱内观察系统和外部测量系统通过内部和外部的观察和测量，测量数据更加全面，保证了试验数据的准确性。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的模型箱结构示意图；

图3是本发明模型箱的装配单元结构示意图；

图4是本发明的降雨系统结构示意图；

图5是本发明的过滤系统截面结构示意图；