[实用新型]含上部缺陷堤坝渗透破坏模拟试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种含上部缺陷堤坝渗透破坏模拟试验装置，属于水库堤坝防护技术领域。

背景技术

据统计，我国溃决大坝中80.53%是均质土坝，且坝高<30m的占88%，而其中，工程质量问题、老化失修和生物侵害隐患缺陷等导致土石坝溃决又占40%。如青海沟后水库大坝因库水浸入堤坝上部上下游贯通的极强透水层，引起渗透破坏发生溃决；四川大路沟水库均质土坝亦因库水骤涨距坝顶1/3坝高处因白蚁洞穴引发堤坝渗透破坏发生溃决。上部隐患缺陷的危害在于其日常巡查和仪器监测均不易察觉，但其存在却为高库水位下的库水入渗开辟了通道，易引起集中渗透破坏，诱发滑坡甚至溃坝。

古人曰“蚁之为害，隐患难察”、“千里之堤，溃于蚁穴”。1998年长江中下游特大洪水，仅湖北省内就引发河堤管涌、散浸等险情6181处，经查证，80%的险情隐患是白蚁蚁道造成的。蚁道为拱型，口径可达10cm左右，底宽可达8cm左右，河水从堤防迎水坡蚁道灌进，顺蚁道从背水坡出逸，形成散浸、管涌、滑坡等险情，甚至酿成决堤事故。

模型试验研究具有环境、边界条件多样，操作简便，可重复性高等优点，已成为水库大坝、河道堤防的失事机理研究的重要手段。通常来说，隐患缺陷诱发的集中渗流，表现出不平衡优势流效应，进而引起堤坝渗流场发生显著的时空变化；然而，传统试验和研究或为符合Dacy渗流定律的稳定渗流，或为非平衡渗流的定性试验，难以反映含缺陷堤坝的实际渗流性态及其演化、灾变过程。

发明内容

本实用新型要解决技术问题是：提供一种用于研究均质堤坝上部缺陷优势流效应及其诱发渗透破坏致灾机理的含上部缺陷堤坝渗透破坏试验装置及其构建方法，从而可以揭示含上部缺陷下均质堤坝的优势流效应、渗流场时空演变规律与渗透破坏机理。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种含上部缺陷堤坝渗透破坏模拟试验装置，包括透明有机玻璃制成的模型槽以及设置在所述模型槽内并采用粘土层制成的堤坝模型，所述堤坝模型与待模拟的堤坝按比例缩小；所述堤坝模型包括依次相连的库盘、上游坝坡、坝顶和下游坝坡，所述堤坝模型的上部设有贯通堤坝上游坝坡和下游坝坡的模拟蚁道，所述堤坝模型设有包围模拟蚁道的薄弱区域，所述薄弱区域的粘土层越靠近该模拟蚁道越疏松；所述模拟蚁道的截面呈拱形，其口径小于10厘米，底宽小于8厘米；所述堤坝模型位于靠近下游坝坡处的模拟蚁道附近设有一个球形区域，该球形区域的粘土层越靠近该模拟蚁道越疏松，而且该球形区域的粘土层也较薄弱区域的粘土层更疏松；所述模型槽的上部设有人工降雨器，所述模型槽上设有用于排出下游坝坡积水的排水管，所述排水管高于下游坝坡坡脚；所述堤坝模型内模拟蚁道附近埋设有多组监测传感器，每组监测传感器包括一个基质吸力传感器、一个土样含水率传感器和一个孔隙水压力传感器。

本实用新型的试验装置能够模拟复杂水力条件下坝体缺陷优势流效应引发的渗透破坏，通过在堤坝模型上部设置拱形的模拟蚁道从而形成上部缺陷，在使用时，通过透明有机玻璃模型槽可实时观测试验坝体模型的外部变形情况，人工降雨器可按预定的库水位控制条件，通过降雨强度控制库水位的上升过程，监测传感器组可实时监测坝体内部及缺陷局部土样体积含水率、基质吸力、孔隙水压力变化和水力梯度分布特征。其中堤坝模型按原状土密度和含水率填筑，上部缺陷按照试验要求在设定位置按设定的范围和方位布设形成，并在局部设置扩大的薄弱区域，从而更真实地模拟蚁道，更准确地反映蚁道从背水坡出逸引起的散浸、管涌、滑坡等险情和事故。

优选的，所述粘土层采用待模拟的堤坝现场开挖的粘土制成，所述粘土的颗粒级配和初始含水率与原状土的颗粒级配和初始含水率相同。

上述技术方案的进一步改进是：所述堤坝下游端的模型槽侧板的内侧粘贴有土工布。这样，当排水管排出下游坝坡积水时，可以防止下游坝坡的土层被水流带走流失。

上述技术方案的再进一步改进是：所述上游坝坡内埋设有多个孔隙水压力传感器。

上述技术方案的更进一步改进是：所述下游坝坡的上部布置有摄像头。通过摄像头可以记录下游坝坡渗透破坏和外部变形的过程，供后续研究时参考。

本实用新型带来的有益效果如下：