一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置

1.本发明涉及一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置，属于溃坝波研究用实验装置技术领域。


背景技术：

2.2013年我国发布的《第一次全国水利普查公报》显示，我国现有各类水库总计98002座，其中库容超过1亿m3的大型水库超过400座。在我国水库保护范围之内，包含有数百座大中型城市、超过3亿人口以及4.8亿亩农田。随着时间的推移以及常规维护的缺失，水库大坝不可避免地会出现坝体老化和破损等现象，形成险库、病库，地震、特大暴雨等极端事件易诱发溃坝，产生巨大的安全隐患。大坝安全涉及公共安全，研究大坝溃决洪水运动特性，探讨水库溃坝风险对于加强区域防洪减灾具有重大意义。
3.溃坝实验的研究过程中，ritter(1892)基于浅水长波假定，通过求解圣维南方程(浅水方程)对理想流体溃坝波在平直无摩擦干水槽中的二维运动进行了理论分析；stoker(1957)将ritter(1892)解进行扩展，推导了平直无摩擦水槽下游初始有水时的溃坝波运动的理论解。同时stansby et al.(1998),larocqueet al.(2012),kocaman&ozmen-cagatay(2015)等做了一系列通过大量运用矩形水槽并以闸门瞬间打开方式来获得溃坝水体的溃坝实验，并且得到了许多珍贵实验数据。
4.在目前的溃坝实验装置中，仅有模拟干床和静止水体的湿床两种工况的闸门，故对模拟板后有已知流速的稳定流的闸门存在空缺。


技术实现要素：

5.针对现有技术中缺少模拟板后有已知流速的稳定流的实验装置的问题，提供一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置。
6.本发明是通过如下的技术方案，解决上述技术问题：一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置，包括水槽，安装在水槽内的闸门，以及控制闸门升降的升降装置，其特征在于，所述闸门包括闸门板体，闸门板体的下部设置有用于形成稳流的稳流水孔，所述稳流水孔为横剖面成t字形的阶梯孔，闸门板体的上部设置有用于供水溢流的溢水口，溢水口的两侧设置有供水门装置中的水门横向移动的水门口；交叠安装的一对水门安装在溢水口内，通过控制两个水门之间的间距，模拟坝体不同豁口状态下的溃坝波。
7.上述技术方案的优点是：通过闸门下部的稳流水孔，实现水槽内在闸门的后方，始终有稳流，在利用前端进水，模拟溃坝时的溃坝波；为了能够更真实的模拟溃坝时的状态，并设置及了水门，水门开关的大小，可以模拟不同的溃口状态下，检测溃坝波的状况。本技术的装置操作简单、成本低、实验效率高，可以通过调整孔口面积来控制板后恒定流的流速，实现了在有初始流速的恒定流上模拟溃坝波产生的目标。
8.在上述技术方案的基础上，发明人对上述技术方案，做出如下的完善及改进：
9.进一步，所述的水门装置包括水门和驱动水门的水门气缸，水门上设置有水门推
杆，水门推杆的端部和水门气缸的活塞杆端部通过连接板连接，所述连接板连接水门推杆的端部为半圆槽，水门推杆的端部安装一对螺母，连接板的半圆槽插装在两个螺母之间，水门推杆与水门气缸的活塞杆平行。
10.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：水门装置中的水门横向移动，可以调节水流出口的大小，用于模拟不同溃口的溃坝波。
11.进一步，所述的闸门板体的顶部设置有导向条；导向条与导向槽配合，一对导向槽将导向条夹持在中间。
12.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：导向条和导向槽的配合，为闸门的上下移动，提供稳定的路线。
13.进一步，所述导向槽固定在支架上；所述支架包括两侧用于支撑的立柱，每侧设置两根立柱，每侧的两根立柱的顶部安装一个支撑梁，横梁两端固定安装在支撑梁上。为了提高支架的稳定性，可以在立柱的底部安装铅块，并且在立柱的侧面安装斜支撑。
14.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：两侧的两根立柱和支撑梁形成u 形框，水门气缸设置在u形框之间。
15.进一步，所述的升降装置安装在横梁上；两个导向槽位于横梁的下方，且位于升降装置的两侧；升降装置的升降端与导向条连接。
16.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：升降装置位于导向槽的中间位置，可以让闸门升降的更稳定。
17.进一步，所述的导向条的两侧设置导杆，导杆一端固定在闸门板体的顶部，导杆的另一端穿过横梁上的供导杆闯过的孔；导杆上套装缓冲弹簧。
18.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：导杆进一步提供导向的作用，另外，导杆上套装的缓冲弹簧，可以提高闸门升起时的稳定性。
19.进一步，所述的导向条的两侧设置有导向辊，每侧设置有三个导向辊。
20.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：导向辊能提高闸门升降的流畅性。
21.进一步，所述稳流水孔内安装t型铝板，通过控制t型铝板的个数控制稳流水孔中的水量；所述t型铝板厚度为1mm。
22.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：t型铝板用于调节稳流水孔的大小，改变出水量。且t型板材可以稳定放在t字形的稳流水孔内。
23.进一步，所述的水槽的进水端安装端板，出水端安装科调节高度的泄水门，泄水门的两侧设置调节条孔；水槽泄水测的侧壁上设置有与调节条孔配合的固定螺纹柱和与固定螺纹柱配合的固定螺母，固定螺纹柱插装在调节条孔内，通过固定螺母将泄水门固定在水槽上。
24.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：通过调节泄水门的和水槽之间的流水缝隙，提供不同泄水的不同速度。
25.进一步，所述升降装置为螺纹套筒结构或者为气缸。
26.上述的技术特征在本技术中的有益效果是：党委螺纹套筒结构的时候，包括一个螺纹杆和一个螺纹套筒，螺纹套筒通过轴承固定在横梁上，螺纹杆固定在导向条上，通过转动螺纹套筒来升降闸门；若为气缸，则气缸的活塞杆固定在导向条上。
附图说明
27.图1为本技术一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置的立体结构示意图；
28.图2为闸门的立体结构示意图；
29.图3为图2中的a处放大图；
30.图4为图2的左视图；
31.图5为图4的a-a方向剖视图；
32.图6为图1的右视图；
33.图7为图6的b处放大图；
34.图8为导向条的立体结构示意图；
35.图9为水门的结构示意图；
36.图10为t型铝板的结构示意图；
37.图11为连接板的结构示意图。
38.附图标记记录如下：水槽-1，闸门-2，支架-3，升降装置-4,导杆-5，缓冲弹簧-6，端板-7，泄水门-8，调节条孔-8.1，水门装置-9，导向槽-10；
39.固定螺纹柱-1.1，固定螺母-1.2；
40.闸门板体-2.1，导向条-2.2，导向辊-2.3，稳流水口-2.4，溢水口-2.5，水门口-2.6；；
41.立柱-3.1，支撑梁-3.2，横梁-3.3；
42.水门气缸-9.1，连接板-9.2，水门推杆-9.3，水门-9.4。
具体实施方式
43.以下实施例结合附图，仅是为了对权利要求书中所记载的技术方案加以说明，并非是对权利要求保护范围的限制。
44.实施例1
45.结合附图1-6，一种用于在稳定流上模拟决堤溃坝波的装置，包括水槽1，安装在水槽1内的闸门2，以及控制闸门2升降的升降装置4，所述闸门2包括闸门板体2.1，闸门板体2.1的下部设置有用于形成稳流的稳流水孔2.4，所述稳流水孔2.4为横剖面成t字形的阶梯孔，闸门板体2.1的上部设置有用于供水溢流的溢水口2.5，溢水口2.5的两侧设置有供水门装置9中的水门9.4横向移动的水门口2.6；交叠安装的一对水门9.4安装在溢水口2.5内，通过控制两个水门 9.4之间的间距，模拟坝体不同豁口状态下的溃坝波。
46.其中，稳流水孔与闸门后的流速关系为：
[0047][0048]
c为板后恒定流流速，a孔为孔口面积，a2为板后水槽横断面面积，μ为流量系数，由实验测得，g为重力加速度；
[0049][0050]
h1、h2分别为带孔闸门左右两侧水流稳定后水深，
[0051]v1
、v2分别为带孔闸门两侧水流稳定后速度，其中v2＝c，
[0052]
α1、α2为动能修正系数，一般取1.0。
[0053]
实施例2
[0054]
再结合附图7-11，在实施例1的基础上，对水门的结构做出如下的完善，所述的水门装置9包括水门9.4和驱动水门9.4的水门气缸9.1，水门9.4上设置有水门推杆9.3，水门推杆9.3的端部和水门气缸9.1的活塞杆端部通过连接板 9.2连接，所述连接板9.2连接水门推杆9.3的端部为半圆槽，水门推杆的端部安装一对螺母，连接板9.2的半圆槽插装在两个螺母之间，水门气缸9.1固定在水槽的侧面，水门推杆9.3与水门气缸9.1的活塞杆平行；在水槽的侧壁上，设置有供水门推杆穿过的槽；
[0055]
设置一个支架，支架横跨的安装在水槽上；所述支架3包括两侧用于支撑的立柱3.1，每侧设置两根立柱3.1，每侧的两根立柱3.1的顶部安装一个支撑梁 3.2，横梁3.3两端固定安装在支撑梁3.2上；
[0056]
其中，一对导向槽10固定在支架3上，位于横梁3.3的下方；
[0057]
其中，所述的闸门板体2.1的顶部设置有导向条2.2；导向条2.2与导向槽 10配合，一对导向槽10将导向条2.2夹持在中间；导向条2.2的两侧设置有导向辊2.3，每侧设置有三个导向辊2.3；
[0058]
其中，所述的升降装置4安装在横梁3.3上；两个导向槽10位于横梁3.3的下方，且位于升降装置4的两侧；升降装置4的升降端与导向条2.2连接；述升降装置4为螺纹套筒结构或者为气缸；
[0059]
其中，所述的导向条2.2的两侧设置导杆5，导杆5一端固定在闸门板体2.1 的顶部，导杆5的另一端穿过横梁3.3上的供导杆5闯过的孔；导杆5上套装缓冲弹簧6；
[0060]
其中，所述稳流水孔2.4内安装t型铝板，通过控制t型铝板的个数控制稳流水孔中的水量；所述t型铝板厚度为1mm；
[0061]
其中，所述的水槽1的进水端安装端板7，出水端安装科调节高度的泄水门 8，泄水门8的两侧设置调节条孔8.1；水槽1泄水测的侧壁上设置有与调节条孔 8.1配合的固定螺纹柱1.1和与固定螺纹柱1.1配合的固定螺母1.2，固定螺纹柱 1.1插装在调节条孔8.1内，通过固定螺母1.2将泄水门8固定在水槽1上。
[0062]
为了保证水流不会由闸门的侧边流过，可以在闸门的侧面设置密封条，增加闸门和水槽之间的密封性。
[0063]
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。