[发明专利]一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的装置，包括双层试验水槽；在上层水槽中部设有试验堤，试验堤将上层水槽分为左右两部分；试验堤左侧上层水槽呈U形，用于模拟U形河道，称之为U形河道槽；U形河道槽依次包括上游河道槽、弧形段槽和下游河道槽三部分，弧形段槽内侧壁为弧形；上游河道槽设有进水口，进水口设有进水阀，下游河道槽设有通向下层水槽出水口,在出水口与弧形段槽之间设有截水装置；试验堤右侧的上层水槽设有通向下层水槽出水口；试验堤左右两侧且位于试验堤附近的上层水槽中设有用于检知流量及水位变化的传感器。本发明还提供了一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的试验方法。本发明具有操作简单、效果显著、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及水利工程领域，特别涉及一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的装置及试验方法。

背景技术

堤防工程是指沿河、渠、湖、海岸或行洪区、分洪区、围垦区的边缘修筑的挡水建筑物，是现代江河防洪工程体系的重要组成部分，是防止洪水泛滥、增加河道泄量的基本措施，堤防的水力破坏模式常见的有漫溢破坏失事、河道水流冲刷、渗透破坏失事和人工扒堤四种。其中最常见的是漫溢破坏和渗透破坏两种失事方式。

堤防溃决失事是一个复杂的水-土动力学过程，溃决原因也较为复杂。溃堤问题研究主要以数值模拟及历史资料统计分析为主,但物理模型试验仍是研究溃堤问题不可或缺的技术手段。溃堤模型试验成果不但可以弥补溃堤历史资料在数量及可靠性上的局限,亦可为数值模拟提供验证数据。目前，关于坝体溃决过程的研究方法较多，而关于堤防溃决过程的研究方法较少。

凌汛是因水流受冰凌的阻力作用，导致河道水位显著抬升的一种水文现象，通常发生在冬天的封河期和春天的解冻开河期。由于冰凌的存在，溃堤的危险程度大大增加，溃堤过程就更为复杂，除去溃堤水流的冲刷，冰凌的撞击和阻塞对产生溃堤的机制和堤防溃决的过程都有较大的影响，同时也影响溃堤后水流的演进和冲刷坑深度，因此考虑冰凌作用下的溃堤研究很有必要。

堤防溃决以后，溃决速度决定了洪水的大小和传播速度，因此也就在很大程度上决定了洪水造成的损失大小和范围。因此，模拟溃堤，尤其是考虑冰凌作用下的溃堤，预测其特性，包括低温环境下堤防的破坏模式及机理，破坏过程与速度、溃决后水位的变化以及溃口前流速的变化过程等，为洪水的演进、事故早期预警和人员疏散等可以提供重要信息，对防灾减灾和保护人民生命财产安全具有非常重要的意义。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的装置及试验方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种模拟冰凌作用下堤防溃决过程的装置，包括双层试验水槽，双层试验水槽包括上层水槽和下层水槽；在上层水槽的中部设有试验堤，试验堤将上层水槽分为左右两部分；试验堤左侧的上层水槽呈U形，用于模拟U形河道，称之为U形河道槽；U形河道槽包括依次连通的上游河道槽、弧形段槽和下游河道槽三部分，弧形段槽的内侧壁为弧形；上游河道槽设有进水口，进水口设有进水阀，下游河道槽设有通向下层水槽的出水口,在出水口与弧形段槽之间设有截水装置；试验堤右侧的上层水槽设有通向下层水槽的出水口；上层水槽中设有用于检知流速及水位变化的传感器。

进一步地，试验堤的断面形状为梯形，试验堤采用含水率10～12％的土堆筑成型，在试验堤的上部设有左右贯通的引导溃口并做防渗处理。

进一步地，在引导溃口的左侧设有流速仪；设有两个结构光传感器分别对准引导溃口的左右侧。

进一步地，在试验堤的上方设有用于量测溃口宽度的直尺。

进一步地，截水装置为插板门。

进一步地，在上游河道槽及下游河道槽均设有用于拦截冰块的拦截网。

进一步地，U形河道槽的U形转角为150°～180°。

进一步地，检知水位变化的传感器为波高仪；检知流速的传感器为流速仪。