砂基堤防管涌实验模拟及检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种水利安全防护设备，尤其涉及一种砂基堤防管涌实验模拟及检测装置。

背景技术：

目前，还没有一个对管涌有良好检测的设备，现有的技术有DB-3堤坝管涌渗漏检测仪，这种设备以“流场法”、“伪随机多频信号”为基础，对管涌的检测虽然有着很好的效果，但其测量规模过于庞大，在实际管涌检测过程中测量点的搭建相对困难，操作相对麻烦，成本相对较高，故现情况没有得到大规模的投入使用。

管涌的排查到目前为止仍多采用人工巡视排查的方式，这种方式效率低下，需要耗费很大的人力物力，更严重的是可能由于排查不及时，导致发现管涌口时大坝内部管涌通道的流径大小已经处于危险状态，此时大坝安全性已经存在问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的：提供一种砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，以“电阻率变化”为基础进行管涌情况的相关检测，在管涌还没有完全形成时，通过设备检测，检测出管涌的存在，起到预防管涌发生的效果，降低管涌发生导致大坝溃坝的严重后果。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，包括玻璃模型槽、蓄水箱、模拟大坝、多根导管、引水管、阀门、三角支架及检测组件；所述的玻璃模型槽通过隔板分隔为两部分：前段排水槽及后段砂槽，所述的前段排水槽的底部设有废水排放孔，所述的前段排水槽的宽度为5mm，所述的废水排放孔的孔径为5cm；所述的后段砂槽的宽度为55cm，所述的后段砂槽内填放砂样，所述的砂样为铺设在下层的细砂和铺设在上层的黏土，所述的后段砂槽的进水面及出水面上开设两排管道孔，所述的多根导管分别通过所述的两排管道孔插入在所述的后段砂槽内，所述的多根导管水平铺设，所述的多根导管的直径为2cm，所述的多根导管的周壁设有开孔，且所述的多根导管上包裹有透水纱布及防砂网；所述的模拟大坝设置在所述的后段砂槽内的黏土上，位于所述的后段砂槽的上游面；所述的蓄水箱设置在所述的三角支架上，位于所述的玻璃模型槽的一侧，所述的引水管的一端通过所述的阀门与所述的蓄水箱的出水孔连接，位于所述的蓄水箱的外侧高2cm处，所述的引水管的另一端连接到其中一根所述的导管的进水口端；所述的检测组件插入在所述的后段砂槽的砂样中。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的检测组件包括四根电极、电源及测电压装置，所述的四根电极呈“一”字形等间距插入在所述的砂样中，所述的电源的两端分别与第一及第四根所述的电极连接，所述的测电压装置的两端分别与第二及第三根所述的电极连接。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的玻璃模型槽为透明亚克力板制作，总体长80cm，宽60cm，高50cm。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的细砂的铺设高度为30cm，平均粒径约为0.25mm≤d≤0.35mm，细度模数μf在2.2-1.6mm之间。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的黏土的铺设高度为10cm。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的两排管道孔的高度分别位于5cm及15cm处，所述的所述的两排管道孔的宽度分别位于长度方向的20cm、40cm及60cm处。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的模拟大坝的长度为80cm，宽度为20cm，高度为40cm。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的蓄水箱的长度为50cm，宽度为30cm，高度为30cm，所述的三角支架的高度为150cm。

上述的砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，其中，所述的多根导管为PVC材质制成的阻燃绝缘电工套管。

本实用新型能够很好的检测管涌的存在，在管涌还没有完全形成时，及时发现，及时处理，大大减低管涌发生带来的巨大损失。

附图说明

图1是本实用新型砂基堤防管涌实验模拟及检测装置的主视图。

图2是本实用新型砂基堤防管涌实验模拟及检测装置的玻璃模型槽的结构示意图。

图3是本实用新型砂基堤防管涌实验模拟及检测装置的检测组件连接图。

图4是图3的等效原理图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

请参见附图1至附图4所示，一种砂基堤防管涌实验模拟及检测装置，包括玻璃模型槽1、蓄水箱2、模拟大坝3、多根导管4、引水管5、阀门6、三角支架7及检测组件；所述的玻璃模型槽1通过隔板分隔为两部分：前段排水槽11及后段砂槽12，所述的前段排水槽11的底部设有废水排放孔13，所述的前段排水槽11的宽度为5mm，所述的废水排放孔13的孔径为5cm；所述的后段砂槽12的宽度为55cm，所述的后段砂槽12内填放砂样，所述的砂样为铺设在下层的细砂和铺设在上层的黏土，所述的后段砂槽12的进水面及出水面上开设两排管道孔14，所述的多根导管4分别通过所述的两排管道孔14插入在所述的后段砂槽12内，所述的多根导管4水平铺设，所述的多根导管4的直径为2cm，所述的多根导管4的周壁设有开孔，且所述的多根导管4上包裹有透水纱布及防砂网；所述的模拟大坝3设置在所述的后段砂槽12内的黏土上，位于所述的后段砂槽12的上游面；所述的蓄水箱2设置在所述的三角支架7上，位于所述的玻璃模型槽1的一侧，所述的引水管5的一端通过所述的阀门6与所述的蓄水箱2的出水孔连接，位于所述的蓄水箱2的外侧高2cm处，所述的引水管5的另一端连接到其中一根所述的导管4的进水口端；所述的检测组件插入在所述的后段砂槽12的砂样中。

所述的检测组件包括四根电极8、电源9及测电压装置10，所述的四根电极8呈“一”字形等间距插入在所述的砂样中，所述的电源9的两端分别与第一及第四根所述的电极8连接，所述的测电压装置10的两端分别与第二及第三根所述的电极8连接。

所述的玻璃模型槽1采用透明ACRYLIC亚克力板制作，总体长80cm，宽60cm，高50cm。

所述的细砂的铺设高度为30cm，平均粒径约为0.25mm≤d≤0.35mm，细度模数μf在2.2-1.6mm之间。

所述的黏土的铺设高度为10cm，模拟堤身和表土层。

所述的两排管道孔14的高度分别位于5cm及15cm处，所述的所述的两排管道孔14的宽度分别位于长度方向的20cm、40cm及60cm处。

所述的模拟大坝3的长度为80cm，宽度为20cm，高度为40cm。

所述的蓄水箱2的长度为50cm，宽度为30cm，高度为30cm，所述的三角支架7的高度为150cm。

所述的多根导管4为PVC材质制成的阻燃绝缘电工套管。

前段排水槽11盛放试验后的排水，废水排放孔13用于实验结束后废流的排放。实验时，在两排管道孔14内插入导管4来模拟发生在不同位置的管涌通道，为避免实验时土壤通过两排管道孔14进入管道，在导管4外包裹上透水纱布，在铺设砂土的过程中将导管4放在相应管道孔14处。砂土、管涌通道铺设完毕，在紧靠后段砂槽12的上游面的试样上，放置一个模拟大坝3。蓄水箱2放置在三角支架7上，蓄水箱2的出水孔通过安装阀门6与引水管5相连，引水管5另一端连接模拟管涌的通道入口。

蓄水箱2在三角支架7的支持下通过带阀门6的引水管5与大坝管涌模拟装置连接，检测时，插入电极8，通过各自导线与激励源与响应检测器连接，激励源与响应检测器封装在一起并通过显示装置将响应显示出来。

电极A、B、C、D在一条线上排开，电极8为金属材料制作而成，具有很强的导电性能，电源9为5V直流电源，测电压装置10的测量精度为0.001V，A、D两个电极8与电源9相连，B、C两个电极8与测电压装置10相连。使用时，沿坝脚的直线为测量对象，将电极8等间距等深度的插入土壤中，A、D电极8由电源9提供激励，B、C电极8连接测电压装置10检测响应，依次检测这条线上的各个点的电阻率，响应数据电阻率只差一个比例常数K，故也能直接用响应来反映电阻率的情况，通过各个点响应数据的对比，找出有明显差异的数据，对应的点也可初步判断为有管涌发生的点，再在通过这个点与坝脚垂直的方向上进行排查，进而减小发生。

其中

在没有发生管涌时，模拟大坝3下游基面土质情况大致相当，各个点电阻率情况大致相同，R1=R2=R3，各个点检测出的会大致相同，但当B、C两个电极8之间发生管涌时，B、C两个电极8之间电阻率降低，等效电阻R2变小，通过计算公式可得，A、D两个电极8之间激励不变，R2的减小致使电路电流增大，R1，R3分压增加，总电压不变，故R2处电压降低，此时R2处的变小，B、C两个电极8之间的响应与其他点之间的响应相比，明显变小，进而推测出B、C两个电极8之间有管涌发生或者存在安全隐患。

玻璃模型槽1通过周壁开孔的导管4进行模拟，为防止砂土将孔眼堵塞，在导管4壁上缠上纱布，并设有多条通道以备用。

本实用新型的工作原理如下：通过抬高的蓄水箱2提供水压与水量，阀门6控制管涌时的流量，通过引水管5接入到管涌模拟通道中，存在一定水压的水通过导管4周壁的开孔向周围砂土渗透，砂土等效电阻在渗入水后，等效电阻减小，即R2减小通过检测设备进行时，可发现B、C处电阻率发生明显变化，故判断出B、C之间有管涌通道的存在。

综上所述，本实用新型能够很好的检测管涌的存在，在管涌还没有完全形成时，及时发现，及时处理，大大减低管涌发生带来的巨大损失。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用附属在其他相关产品的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。