[实用新型]一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置

说明书

本实用新型涉及一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，属于岩土工程领域。包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置。供水装置提供所需用水，降雨模拟装置用于模拟降雨工况，支架装置用于支撑降雨模拟装置和挂载超声设备，坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置主要用于完成坝体破坏和溃坝泥石流(洪水)运动过程研究。本实用新型可以模拟研究在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或均质土坝从坝体破坏到溃坝泥石流(洪水)在下游河道演进的过程，并通过自动化监测设备记录坝体破坏程度、坝体孔隙水压力、坝体变形、溃坝泥石流(洪水)冲击力、流速和淹没高度等参数，实现对坝体破坏及致灾过程的研究。

技术领域

本实用新型涉及一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，主要用于尾矿坝或均质土坝破坏过程和溃坝泥石流(洪水)致灾过程实验研究，属于岩土工程技术领域。

背景技术

溃坝是一种低概率、高危害的社会致灾因素，一旦失事其危害十分巨大,会造成严重的人员伤亡与财产损失。尾矿库作为矿山的三大基础工程之一，也是金属非金属矿山的重大危险源。尾矿坝大多由松散的尾矿砂材料构筑自身稳定性差，尾矿库高大的坝体与地面形成的巨大高差积聚了大量势能，在突发暴雨、山洪或地震等极端条件下极易诱发尾矿坝溃坝，一旦发生溃坝后果不堪设想。例如，2008年，山西省襄汾县新塔矿业有限公司发生“9·8”特别重大尾矿库溃坝事故，事故共造成277人死亡、4人失踪、34人受伤，直接经济损失达9619.2万元。

已建大坝中90％以上为土石坝，虽然它们在防洪、发电、供水、灌溉中发挥了重要作用，但土石坝受筑坝材料影响稳定性差，存在着极高的溃坝危险。例如，2001年，四川大路沟水库坝高44米均质土坝因渗透破坏发生溃决，造成26人死亡，10人失踪和大量财产损失。

目前，关于溃坝问题的研究可分为两大方面：(1)溃坝泥石流(洪水)在下游沟谷演进过程问题；(2)大坝自身破坏溃决过程问题。相关研究成果和实际工程经验表明，有效的大坝溃决预警机制和防灾减灾方案能显著减少人员伤亡和财产损失。另一方面，快速、准确地预报溃坝泥石流(洪水)演进过程能够对防灾减灾方案制定和实施提供重要的参考依据。但已有成果多侧重于溃坝泥石流(洪水)演进模型和计算方法研究，忽略了坝体破坏过程与溃坝泥石流(洪水)致灾过程的内在连续性，与实际溃坝致灾过程存在一定差别。

洪水漫顶、坝基失稳、管涌、地震是导致坝体破坏的主要原因。在实验室条件下，坝体破坏问题的研究一般按照模型相似原理进行堆坝实验，针对洪水漫顶、地震破坏的实验装置较多，对大坝管涌破坏实验研究较少；溃坝泥石流(洪水)演进问题的模拟通常会在沟槽中进行，预先配制一定浓度的泥浆，盛放与沟槽端部用闸门隔开，通过控制闸门释放泥浆，模拟瞬时溃坝形成的泥石流(洪水)，相对于渐进破坏的溃坝过程，其实验结果偏大。从坝体破坏到形成溃坝泥石流(洪水)是一个连续的致灾过程，目前的实验研究通常将两个过程割裂开单独研究与实际溃坝过程不符，仍存在不足和需要改进的地方。此外尽管大比例尺条件下的溃坝土工实验可以完整的模拟重现溃坝过程中的坝体破坏与溃坝泥石流(洪水)致灾过程，但大比例尺条件下的溃坝土工实验在还原坝体与原始地形过程中工程操作琐碎，人力物力耗费巨大，难以进行大量重复实验以保证实验的高效性。因此强调的溃坝实验装置的连续性、一体性和高效性，具有重要的应用意义。

发明内容

针对现有溃坝实验装置的不足，本实用新型提供了一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，该装置可以模拟在降雨、洪水漫顶、管涌条件下，尾矿坝或均质土坝从坝体破坏到形成溃坝泥石流(洪水)在下游河道演进的过程，并通过自动化监测设备记录坝体破坏程度、坝体孔隙水压力、坝体变形、溃坝泥石流(洪水)冲击力、流速和淹没高度等参数变化，进而实现对坝体破坏及致灾过程的研究。

本实用新型采用的技术方案是：一种散体堆积坝失稳致灾全过程监测的实验装置，包括供水装置、降雨模拟装置、支架装置、坝体破坏及溃坝泥石流运动实验装置；