一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的装置的制作方法

本实用新型涉及土石堤坝渗流的物理模型试验技术领域，特别是涉及一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的装置。

背景技术：

进行土石堤坝渗流的物理模型试验是开展相关研究的常规途径，当研究定水头条件下的有关问题时，须使试验中土石堤坝模型的坝前水位保持不变。传统的人工解决方法是先大流量供水、后经预留孔或水泵排水、再调整供水量来控制水位，该方式不仅控制粗糙，费时费力，且当堤坝体渗透系数发生改变时(如模拟堤坝发生渗透破坏试验)，无法及时根据渗流量的突变保持坝前水位在预定位置，从而影响模型的模拟精度和试验结果；采用浮球阀控制器或浮球连杆装置自动控制水位，虽能克服传统方法的不足，但该方法仅适用于某一恒定水位或较小水位变幅内的控制工作，无法一次性满足多种不同水位条件下的测试条件需求，给试验的开展和课题的研究带来不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的装置，可以自动、恒定保持土石堤坝模型试验的坝前水位。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的装置，包括水位感应装置、出水控制装置，所述水位感应装置包括底座、支撑结构、活动杆，所述底座用于将水位感应装置固定在土石堤坝模型上，所述支撑结构包括立设在底座上的绝缘杆，以及平行设置在绝缘杆上的两导电杆，两导电杆的一端通过活动扣件固定在绝缘杆，两导电杆的另一端分别设置有导电环，所述活动杆平行于绝缘杆，且活动套接在两导电环内，所述活动杆的中部为导电段，所述活动杆的其余部分绝缘，所述活动杆的下端设有浮球，用于带动活动杆一起浮在水面上；

所述出水控制装置包括底板，以及设置在底板上的电磁铁、三通水管、限位结构和衔铁；所述三通水管的直管一端为进水口，所述三通水管的支管端为出水口，所述三通水管的直管内沿进水方向依次设有堵水活塞、堵水连杆；所述衔铁的固定端铰接在底板上，所述衔铁的自由端与堵水连杆的端部铰接，所述限位结构用于限定衔铁的第一极限位置、第二极限位置，所述电磁铁用于吸附衔铁，使衔铁运动到第一极限位置，当衔铁位于第一极限位置时，堵水活塞阻断三通水管的进水口、出水口，形成堵水状态，当衔铁位于第二极限位置时，三通水管的进水口、出水口连通，形成流水状态；

电磁铁的一端导线依次连接电源和控制开关，电磁铁的另一端导线与一根导电杆电连接，另一根导电杆通过电线与控制开关电连接，当导电段的上端、下端与两导电环接触时，电磁铁、两根导电杆、两个导电环、导电段、电源以及控制开关形成串联电路。

优选地，所述底座呈倒u型，用于夹在土石堤坝模型的边墙上，底座的一个侧壁上螺纹配合有若干螺栓，若干螺栓沿底座的纵向均匀分布，各螺栓的螺杆端伸入底座的两个侧壁之间，并设置用于贴合边墙的接触盘；

优选地，所述底座的上端设有固定块，所述固定块上设有插入孔，所述绝缘杆插接固定在该插入孔内。

优选地，所述活动杆的下端设有外螺纹；所述浮球与活动杆的下端螺纹配合。

优选地，所述限位结构包括两根固定插销，两根固定插销设于衔铁的两侧。

优选地，所述电磁铁、三通水管和固定插销均通过胶水粘接固定于底板上。

优选地，所述电磁铁、三通水管的直管相互平行。

一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的方法，包括如下步骤：

s1、在土石堤坝模型上游侧的边墙上安装水位感应装置、出水控制装置，使浮球放置于土石堤坝模型的模型槽底壁上；

s2、将电磁铁的一端导线接入电源和控制开关，另一端导线剥皮后缠绕在一根导电杆的远水端头处；在另一根导电杆的远水端头处缠绕剥皮的电线，并将该电线的另一端与控制开关连接；

s3、在进水口接入水源，水流推动堵水活塞和堵水连杆向后移动，并通过出水口进入土石堤坝模型的模型槽内，浮球和活动杆开始垂直上浮；

s4、当模型槽内的水位达到试验所需水位时，调节活动扣件的位置，使两根导电杆近水端头处的导电环与活动杆导电段的上下端接触，电磁铁、两根导电杆、两个导电环、导电段、电源以及控制开关构成串联电路；

s5、打开控制开关，衔铁的自由端向电磁铁转动，带动堵水活塞和堵水连杆向前移动，形成堵水状态，出水口停止出水；

s6、随着模型槽内的水通过土石堤坝坝体向下游侧渗流，水位开始下降，浮球和活动杆垂直下移，串联电路自动断开，进水口的水压推动堵水活塞和堵水连杆向后移动，形成流水状态，出水口恢复出水，衔铁的自由端转向远离电磁铁一侧；

s7、当模型槽内水位重新达到既定水位时，串联电路自动闭合，衔铁的自由端向电磁铁一侧转动，带动堵水活塞和堵水连杆向前移动，出水口停止出水；

s8、自动重复步骤s6、和步骤s7，实现土石堤坝模型试验坝前水位的保持。

优选地，完成一种水位条件下的试验测试工作后，关闭控制开关，

如果后续需求水位高于当前水位，先人工推动堵水活塞和堵水连杆向后移动，使出水口出水，待达到预定水位后重复步骤s4、和步骤s5，最后装置自动重复步骤s6、和步骤s7；

如果后续需求水位低于当前水位时，先人工排水，待达到预定水位后重复步骤s4、和步骤s5，最后装置自动重复步骤s6、和步骤s7。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型的装置及方法为自动、恒定保持土石堤坝模型试验的坝前水位，提供了一种简单、便捷、高效的途径；不仅能克服现有方法的不足，而且可一次性满足多种不同水位条件下的测试条件需求，有利于相关研究工作的开展。

附图说明

图1为本实用新型的水位感应装置的示意图。

图2为本实用新型的出水控制装置的示意图。

图3是本实用新型装置安装在土石堤坝模型试验边墙上的示意图。

附图标记

附图中，长杆螺栓1(螺栓)，接触圆盘2(接触盘)，底座3，pvc管4(绝缘杆)，直角扣件5(活动扣件)，水平钢管6(导电杆)，铜片7(导电段)，铁环8(导电环杆)，活动杆9，浮球10，固定铁块11(固定块)，三通水管12，堵水活塞13，出水口14，堵水连杆15，活动铰链16，固定插销17(限位结构)，旋转铰支座18，强力衔铁19(衔铁)，缠绕线圈20(电磁铁部件)，铁芯21(电磁铁部件)，玻璃板22(底板)，进水口23，模型排水孔24，边墙25，出水控制装置26，水位感应装置27，土石堤坝模型28，电线29，控制开关30，电源31。

具体实施方式

参见图1-图3，一种保持土石堤坝模型试验坝前水位的装置，包括水位感应装置27、出水控制装置26，所述水位感应装置27包括底座3、支撑结构、活动杆9和浮球10。底座3由两块垂直钢板和一块水平钢板焊接成倒u型，在其中一块垂直钢板上设有三个水平分布的含内螺纹的孔和配用长杆螺栓1，长杆螺栓1尾部焊接有接触圆盘2；水平钢板上焊接有一个带有垂直圆孔(插入孔)的固定铁块11。支撑结构由一根pvc管4和两根水平钢管6组成，pvc管4插入固定铁块11，两根水平钢管6均通过直角扣件5与pvc管连接，在两根水平钢管6的近水侧端头处分别焊接有一个水平铁环8。活动杆9采用轻质塑料制成，其横截面直径小于水平铁环8内直径3mm；活动杆9的上部位置包裹有铜片7，活动杆9的下端部设有外螺纹。浮球10采用塑料制成，设有一带内螺纹的圆孔。

出水控制装置26，包括底板22、电磁铁、三通水管12、固定插销17、堵水活塞13、堵水连杆15和衔铁19。电磁铁、三通水管12和固定插销17均通过胶水固定于底板22上。三通水管12内部沿进水方向设有堵水活塞13和堵水连杆15。电磁铁沿进水方向平行布置，在一侧端头处设有一根与其垂直布置的强力衔铁19，该衔铁19的一端设有旋转铰支座18，另一端通过活动铰链16与堵水连杆15连接；衔铁19两旁设有固定插销17，插销净间距等于出水管直径。堵水连杆15采用弹性杆，可以产生一定形变，以适应运动路径。堵水活塞13的轴向长度可以堵住支管(图中为位置示意)，以防止漏水，达到堵水目的，同时，为了获得更好的堵水效果，活塞可考虑采用硅胶堵水活塞。

一种保持土石堤坝模型28试验坝前水位的方法，包括如下步骤：

(1)在土石堤坝模型28试验槽上游侧的边墙25上，安装水位感应装置27，将底座3上其中一块垂直钢板紧贴边墙25内表面，通过拧紧底座3另一块垂直钢板上的长杆螺栓，使螺栓尾部的接触圆盘2紧贴边墙25外表面；将活动杆9穿过两水平铁环8，将活动杆9下端部与浮球10拧紧，使活动杆9和浮球10整体垂直放置于模型槽底表面。

(2)将出水控制装置26粘连于水位感应装置27的底座3表面，将铁芯21上缠绕线圈20的一端接入电源31和控制开关30，另一端剥皮后缠绕在一根水平钢管6的远水端头处；在另一根水平钢管6的远水端头处缠绕剥皮电线29，并将该电线29的另一端与控制开关30连接。

(3)在出水控制装置26的进水口23接入低压水源，水流充满水管后推动管内的堵水活塞13和堵水连杆15向后移动，并通过出水口14进入模型槽内，浮球10和活动杆9开始垂直上浮。

(4)当模型槽内水位达到试验所需水位时，调节直角扣件5的位置，使两根水平钢管6近水端头处的水平铁环8恰与活动杆9上包裹铜片7的上下边缘接触，铁芯21上缠绕的线圈20、两根水平钢管6、两个水平铁环8、铜片7、电源31以及控制开关30构成串联电路。

(5)打开控制开关30，衔铁19向铁芯21一侧转动，带动堵水活塞13和堵水连杆15向前移动，出水口14停止出水。

(6)随着模型槽内的水通过土石堤坝坝体向下游侧渗流，水位开始下降，浮球10和活动杆9垂直下移，步骤(4)所述电路自动断开，进水口23的水压推动堵水活塞13和堵水连杆15向后移动，出水口14恢复出水。衔铁19转向远离铁芯21一侧。

(7)当模型槽内水位重新达到既定水位时，步骤(4)所述电路自动闭合，衔铁19向铁芯21一侧转动，带动堵水活塞13和堵水连杆15向前移动，出水口14停止出水。

(8)装置自动重复步骤(6)和步骤(7)，实现土石堤坝模型28试验坝前水位的保持。

(9)完成一种水位条件下的试验测试工作后，关闭控制开关30，当后续需求水位高于当前水位，先人工推动堵水活塞13和堵水连杆15向后移动，使出水口14出水，待达到预定水位后重复步骤(4)和步骤(5)，最后装置自动重复步骤(6)和步骤(7)；当后续需求水位低于当前水位时，先人工排水，待达到预定水位后重复步骤(4)和步骤(5)，最后装置自动重复步骤(6)和步骤(7)。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。