[发明专利]模拟坝体逐渐溃决的试验装置及方法

权利要求书

1.模拟坝体逐渐溃决的试验装置，包括坝肩(1)、坝体(2)、锚杆(3)、电动系统(4)、弹簧(5)、弹簧固定座(6)、控制单元(7)，其特征在于：

所述的坝肩(1)位于坝体(2)的左、右两侧，坝肩(1)的横截面为等腰梯形，在坝肩(1)内部从上到下设置有若干个水平洞；

所述的锚杆(3)位于坝肩(1)和坝体(2)的内部，锚杆(3)一端为圆柱端、另一端为公接头(301)或母接头(302),锚杆(3)的圆柱端布设在坝肩(1)的水平洞中，锚杆(3)的杆身上设有凹槽(303)；

所述的电动系统(4)由绝缘盒(401)、微型电动机(402)和固定销(403)构成，绝缘盒(401)固定在坝肩(1)内部，绝缘盒(401)中部预设有水平的圆孔，圆孔的直径等于坝肩(1)内水平洞的直径，微型电动机(402)固定在绝缘盒(401)的底部，固定销(403)安装在微型电动机(402)的转轴；

所述的弹簧固定座(6)固定在坝肩(1)内部，弹簧(5)一端固定于弹簧固定座(6)、另一端固定于锚杆(3)的圆柱端；

所述的控制单元(7)由单片机(701)、电源(702)、继电器(703)和配电柜(704)构成，控制单元(7)安装在坝肩(1)外部，单片机(701)、电源(702)和继电器(703)设置在配电柜(704)内部，单片机(701)的IO口通过专用线路分别与各层的继电器(703)相连，继电器(703)通过电线与微型电动机(402)相连，单片机(701)控制继电器(703)和微型电动机(402)的工作进程，电源(702)给单片机(701)与继电器(703)以及微型电动机(402)提供所需电能。

2.根据权利要求1所述的模拟坝体逐渐溃决的试验装置，其特征在于：所述的坝体(2)由若干层长方体组成，每一层长方体又由若干个中间设有小孔的立方块组成，同一层的立方块之间通过一对锚杆(3)贯穿小孔固定；坝体(2)内的每对锚杆(3)均由一根带有公接头(301)的锚杆(3)和一根带有母接头(302)的锚杆(3)连接而成，公接头(301)与母接头(302)连接方式为套接，母接头(302)套接在公接头(301)上；所有相邻的立方块之间以及相邻的长方体之间均用止水材料密封。

3.根据权利要求1所述的模拟坝体逐渐溃决的试验装置，其特征在于：所述的凹槽(303)设置在锚杆(3)上靠近圆柱端的一侧，凹槽(303)垂直于锚杆(3)，凹槽(303)为圆弧形。

4.根据权利要求1所述的模拟坝体逐渐溃决的试验装置，其特征在于：所述的微型电动机(402)设置在绝缘盒(401)内部，微型电动机(402)给固定销(403)提供旋转运动的动力源。

5.根据权利要求1所述的模拟坝体逐渐溃决的试验装置，其特征在于：所述的锚杆(3)的直径略小于坝肩(1)内水平洞的直径，锚杆(3)穿过绝缘盒(401)中部预设的圆孔和坝肩(1)内的水平洞。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的模拟坝体逐渐溃决的试验装置的试验方法，其特征在于包括以下步骤：

①初始，坝体(2)在左、右两侧的坝肩(1)、弹簧固定座(6)、弹簧(5)、绝缘盒(401)、微型电动机(402)、固定销(403)、锚杆(3)和上游水压共同作用下保持稳定状态，其中，固定销(403)卡住锚杆(3)的凹槽(303)，弹簧(5)在弹簧固定座(6)和锚杆(3)的共同拉力作用下处于拉伸状态，每对锚杆(3)通过公接头(301)和母接头(302)在坝体(2)内部连接形成坝体的内部骨架；

②试验时，接通电源(702)给单片机(701)、继电器(703)和微型电动机(402)供电，单片机(701)通电后开始执行内部程序，通过内部程序控制单片机(701)的IO口每隔一定时间间隔输出一个高电平；

③当继电器(703)接收到高电平时内部电路导通，接通最上层的两个微型电动机(402)电源，微型电动机(402)开始工作，驱动固定销(403)从锚杆(3)的凹槽(303)向外旋转；

④当固定销(403)脱离凹槽(303)后，固定销(403)对锚杆(3)的作用力消失，在弹簧(5)的拉力作用下，最上层的锚杆(3)在公接头(301)和母接头(302)套接处逐渐分离，并向两端的弹簧固定座(6)收缩回到坝肩(1)；

⑤在锚杆(3)收回过程中，最上层的立方块逐渐失去锚杆(3)的锚固作用，在水流的静压力和自身重力作用下开始坍塌；

⑥单片机(701)周期性输出高电平，使继电器(703)逐层触发，自上而下不同层微型电动机(402)相继工作，固定销(403)相继脱离相应锚杆(3)的凹槽(303)，锚杆(3)相继收回到坝肩(1)；

⑦在锚杆(3)自上而下相继收回的过程中，立方块在水流冲刷和自身重力作用下逐渐坍塌，最终被冲离坝体(2)，坝体(2)形成自上而下的溃决效果；

按照上述相应步骤，即可实现坝体逐渐溃决的模拟试验，通过回收立方块和编辑单片机(701)内部程序，能够进行溃坝重复试验，揭示溃坝机理、分析溃坝水流水力特性。