土石坝稳定渗流演示仪的制作方法

本实用新型涉及能够模拟大坝内部饱和渗流状态的教学仪器技术领域，具体地指一种土石坝稳定渗流演示仪。

背景技术：

渗流广泛存在于工程领域，渗流问题是导致的工程事故发生的主要原因之一。尤其对于水利工程中土石坝而言，渗流破坏是造成土石坝失事的主要因素，因此水利工程教学过程中，渗流控制一直是土石坝教学中的关键内容。然而由于渗流的特殊性，往往难以直观的观察土石坝内部的渗流情况，导致教学过程中学生对稳定渗流的浸润线、溢出点、渗透流量、水力梯度等关键指标认识模糊，难以有效掌握渗流的基本知识。

而现阶段的渗流试验仪器中，以专有大型仪器为主且造价昂贵，主要为科学研究提供数据支持，由于仪器存在体积大，试验时间长，不可重复，造价昂贵和观测困难等问题，难以满足水利工程专业本科教学要求。因此，在水利工程土石坝渗流教学领域急需一种能够模拟土石坝稳定渗流的仪器，以满足土石坝渗流教学的需求。

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，提供一种土石坝稳定渗流演示仪，该仪器不仅能实现对不同库水位、不同坝体形状、不同坝体填料、不同坝体压实度的土石坝稳定渗流的模拟，同时实现了装置的小型化、可视化，具有实验时间短，材料可重复使用等优点，非常适合于水利工程中土石坝稳定渗流的教学。

本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种土石坝稳定渗流演示仪，包括水槽和可拆卸安装于水槽一内侧面的面板；

所述面板及与面板相对的水槽内侧面上设有多组互相对应的模型板卡槽，所述模型板卡槽上安装有多块大坝模型板，所述大坝模型板上开有多个透水孔；

所述大坝模型板安装完成后，其上游地区设有上游溢流板，其下游地区设有下游溢流板；

所述上游溢流板靠近大坝模型板的一侧设有上游进水管，所述上游溢流板远离大坝模型板的一侧设有上游出水管；所述下游溢流板远离大坝模型板的一侧设有下游出水管，所述下游出水管与带有刻度的集水器相连。

进一步地，靠近上游出水管一侧的水槽侧壁上还贴有水位刻度标签。

进一步地，所述上游出水管内还设有阀门。这样可更方便的调节上游水位。

优选地，所述大坝模型板开有的多个透水孔为圆孔设计，其圆孔半径为0.2cm，彼此呈阵列均布，行距为0.5cm。圆孔半径的大小对演示的结果，出现稳定的浸润线和溢出点很重要，上述参数经过试验确定其效果较好。

进一步地，所述大坝模型板及面板的边缘部分采用0.3cm厚橡胶止水。通过橡胶止水，能实现防止水沿边壁渗流。

优选地，所述上游溢流板高25cm，下游溢流板高10cm。

优选地，所述水槽为长方体结构的透明有机玻璃槽，其长120cm，宽20cm，高60cm。这样可以实现土石坝稳定渗流的直接观测。

在上述技术方案中，通过不同组大坝模型板卡槽，能够实现土石坝不同体型的模拟；通过上、下游溢流板，可实现稳定大坝上下游水位；通过大坝模型板，实现透水反滤作用，集水器带有刻度可测量出渗流水量。

本实用新型可模拟各种不同工况下土石坝稳定渗流过程，具有操作简便、易于观察、成本低廉等优点，适用于水利工程中土石坝稳定渗流的教学。

附图说明

图1 为一种土石坝稳定渗流演示仪的立体结构示意图；

图2为图1的剖面结构示意图；

图3为图1中大坝模型板的平面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1至图3所示，一种土石坝稳定渗流演示仪，包括水槽1和可拆卸安装于水槽1一内侧面的面板2；所述水槽1为长方体结构的透明有机玻璃槽，其长120cm，宽20cm，高60cm；

所述面板2及与面板2相对的水槽1内侧面上设有多组互相对应的模型板卡槽3，所述模型板卡槽3上安装有多块大坝模型板4，所述大坝模型板4上开有多个透水孔；

所述大坝模型板4安装完成后，其上游地区设有上游溢流板5，其下游地区设有下游溢流板6；

所述上游溢流板5靠近大坝模型板4的一侧设有上游进水管7，所述上游溢流板5远离大坝模型板4的一侧设有上游出水管8；所述下游溢流板6远离大坝模型板4的一侧设有下游出水管9，所述下游出水管9与带有刻度的集水器10相连；靠近上游出水管8一侧的水槽1侧壁上还贴有水位刻度标签11；所述上游出水管8内还设有阀门12，一般可采用球阀；

所述大坝模型板4开有的多个透水孔为圆孔设计，其圆孔半径为0.2cm，彼此呈阵列均布，行距为0.5cm；

所述大坝模型板4及面板2的边缘部分采用0.3cm厚橡胶止水；

所述上游溢流板5高25cm，下游溢流板6高10cm。

采用上述实施例结构，使用时，于模型板卡槽3间安装大坝模型板4；固定大坝模型后，于模型内填筑土料；大坝模型填筑完成后，安装面板2，打开上游进水管7和上游出水管8，待上游水位稳定且与下游形成稳定的水位差后，土体内部即缓慢形成稳定的饱和渗流，出现稳定的浸润线和溢出点；下游渗出水通过下游出水管9，于集水器10内测出水量。

大坝模型板4安装时，可根据实验需求选择大坝形式、尺寸。水槽1内对应多组模型板卡槽3，通过选择坝顶的模型板卡槽3高度确定大坝高度、通过选择坝底的模型板卡槽3位置确定大坝坡度；选择是否插入内部心墙的模型板卡槽3确定大坝为均质坝或心墙坝。

土料填筑：根据实验需求选择填筑土料粒径、级配、密实度。使用土料筛筛分出不同粒径的土料，根据模拟大坝填筑材料的要求，选择适当粒径的土料填筑。若填筑为均质坝，则采用相同土料填筑；若填筑为心墙坝，则心墙部分采用细颗粒土料填筑，其他区域采用粗颗粒土料填筑。填筑过程中采用分层填筑的方式保持材料的均一性。根据大坝填筑密度的要求，通过击实次数的不同，控制填筑密实度。

实验水位控制：上游水位高于上游溢流板5后，打开阀门12，可稳定上游水位为上游溢流板5高度；关闭阀门12可抬升上游水位，水位达指定高度后，调节阀门12稳定水位，实现不同水位下稳定渗流的模拟。