[发明专利]水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置及运行方法

说明书

本发明公开了一种水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置，包括装置槽，所述装置槽内设有土质堤防，在装置槽的一侧安装有钢化玻璃，在钢化玻璃与土质堤防之间安装有止水，在装置槽另一侧安装有测压管、进水阀门、溢流孔和水位标尺，所述钢化玻璃上设有排水阀和集水槽，在土质堤防的顶部设有喷雨装置，在装置槽外设有图像成型实时跟踪装置，图像成型实时跟踪装置与计算机连接。本发明考虑了实际堤防工程中可能遭遇的各类水力环境，可模拟水位快涨与快降、持续高水位以及不同降雨模式和水流流速等情况，可观测和分析在上述情况下堤防渗流与稳定性状变化过程，可实现不同工况水力条件下堤身渗流与稳定性状观测与数据采集。

技术领域

本发明涉及水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置及运行方法，属于水利与水电工程安全领域。

背景技术

我国筑堤历史悠久，据统计，我国现有堤防累计达29.41万km，全国约有一半的人口、1/3的耕地和70％的财产在堤防的保护范围，但是受到人力、财力、技术等多方面限制，加之很多堤防运行年代久远、管理养护不当，我国的堤防工程存在着较为突出的工程隐患，堤防的安全与否直接关系保护区内的千百万人民生命财产安全和经济建设成果，因此，加强堤防工程的安全监测意义重大。

堤防工程是一项规模庞大，结构复杂、外部荷载多变的系统工程，其中，堤防渗流与稳定性状的时空演化和转异灾变成因复杂，影响因素众多，水位快速涨落、持续高水位、短时强降雨与持续降雨、水流切向冲刷等水力环境，对堤防渗流与稳定性状的演化具有重要的外部驱动作用，借助模型试验模拟其发生发展过程，是直观了解现象、认识内在本质的一种有效途径，但是当前的模型试验装置过于单一，不能有效地模拟复杂环境下的多种水力条件，阻碍了对真实现象的了解和掌握，增加了认识本质的难度；另一方面，当前的模型试验装置过于粗放、操作复杂，无法便捷、高效地满足实际监测需要。针对堤防渗流与稳定性状演化规律，国内外学者通过现场实测、土工试验、模型试验等积累了较为丰富的成果。但研究重点多集中于堤基的渗透破坏试验以及堤坝的溃决破坏试验，关于堤身在水力环境驱动下渗流与稳定性状演化及相互影响方面的试验研究则较少，多以现场工程观测为主，受自然条件、仪器设备等限制，往往难以对不同水力环境下堤防渗流与稳定性状演化过程和相应机制给予准确解析。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置及运行方法，可模拟水位快涨与快降、持续高水位以及不同降雨模式和水流流速等情况，可观测和分析在上述情况下堤防渗流与稳定性状变化过程，可实现不同工况水力条件下堤身渗流与稳定性状观测与数据采集。

技术方案：为实现上述目的，本发明的水力驱动下堤防服役状况演化特征观测装置，包括装置槽，所述装置槽内设有土质堤防，在装置槽的一侧安装有钢化玻璃，在钢化玻璃与土质堤防之间安装有止水，在装置槽另一侧安装有测压管、进水阀门、溢流孔和水位标尺，所述钢化玻璃上设有排水阀和集水槽，排水阀和集水槽分别位于土质堤防的两侧，在土质堤防的顶部设有喷雨装置，在装置槽外设有图像成型实时跟踪装置，图像成型实时跟踪装置与计算机连接。

作为优选，所述喷雨装置包含降雨喷管，所述降雨喷管通过支撑结构安装在装置槽上，在降雨喷管的进水管上设有开关、压力计和流量表，在降雨喷管上安装有若干个喷头。

作为优选，所述喷头上安装有模拟不同流量的降雨的小孔开关.。

作为优选，所述装置槽侧壁与底部涂刷一层粘土浆(按水土质量比1:3配制)，钢化玻璃内侧则涂抹一层3mm厚防水胶。

作为优选，计算每层填土所需土量，每层填土夯实后厚度不超过25cm。

作为优选，模型堤身填筑完毕后，作削坡压实处理，迎水面坡比为1:2.5，背水面坡比1:2，堤高1m，堤顶宽0.6m。

作为优选，堤防模型填筑完毕后静置7天，变形基本稳定后开始模型试验。