模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，涉及水工模型試驗領域。該裝置包括壩肩、壩體、錨桿、彈簧、彈簧固定座、電動系統和控制單元。壩體由若干個設有小孔的立方塊組成；錨桿構成壩體的骨架結構；電動系統由絕緣盒、微型電動機和固定銷構成，絕緣盒設置在壩肩內部，用于固定微型電動機、穩定錨桿和固定銷，微型電動機控制固定銷轉動；控制單元由單片機、繼電器、電源和配電柜構成，單片機控制繼電器和微型電動機工作進程。本實用新型通過錨桿收縮和立方塊坍塌模擬大壩受力失穩后壩體的逐漸潰決過程，避免了人為因素造成的誤差，提高了潰壩試驗的精準性，具有較高的可重復性。
【專利說明】
模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及水工模型試驗技術領域，具體涉及一種模擬壩體逐漸潰決的試驗
目.0
【背景技術】
[0002]2013年發布的《第一次全國水利普查公報》顯示，全國共有水庫98002座，總庫容9323.12億m3。水庫大壩對人類社會發展起到了極其重要的推動作用，為區域防洪安全、灌溉、供水提供了保障，是我國防洪工程體系的重要組成部分。隨著時間的推移，水庫不可避免地會出現壩體老化和破損等現象，形成險庫、病庫。世界水庫大壩發展進程中，潰壩并導致生命財產重大損失的事件屢有發生，多起特大潰壩事故教訓十分慘痛。1889年美國約翰斯敦水庫洪水漫頂垮壩，死亡4000?10000人；1953年，荷蘭的風暴潮導致約900處堤防發生潰決，造成荷蘭歷史上最為慘重的一次自然災害，死亡1835人，直接經濟損失占荷蘭當年GDP的14%; 1963年，意大利瓦伊昂拱壩水庫失事，死亡2600人；1979年，印度曼朱二號水庫垮壩，死亡5000?10000人。據統計，1954?2012年我國共有3520座水庫垮壩，年均59.7座。近年來，地震事件和極端洪水等自然環境事件顯著增加，大壩發生潰決的風險不斷提高。
[0003]基于潰壩災害的嚴重性，人們越來越重視對壩體潰決機理的研究。潰壩物理模型試驗在潰壩機理研究方面具有其它方法和手段無可比擬的優越性，模型試驗數據是重大水利工程設計和施工的主要依據。
【實用新型內容】
[0004]實用新型目的:本實用新型所要解決的技術問題是提供一種模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，降低潰壩模型試驗中的人為誤差，提高實驗的重復性和精度，克服現有潰壩試驗技術的不足。
[0005]技術方案:本實用新型解決其技術問題所采用的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，包括壩肩、壩體、錨桿、電動系統、彈簧、彈簧固定座、控制單元。所述的壩肩位于壩體的左、右兩側，壩肩的橫截面為等腰梯形，在壩肩內部從上到下設置有若干個水平洞。所述的錨桿位于壩肩和壩體的內部，錨桿一端為圓柱端、另一端為公接頭或母接頭，錨桿的圓柱端布設在壩肩的水平洞中，錨桿的桿身上設有凹槽。所述的凹槽設置在錨桿上靠近圓柱端的一側。所述的錨桿的直徑略小于壩肩內水平洞的直徑，錨桿穿過絕緣盒中部預設的圓孔和壩肩內的水平洞。所述的電動系統由絕緣盒、微型電動機和固定銷構成。絕緣盒固定在壩肩內部，絕緣盒中部預設有水平的圓孔，圓孔的直徑等于壩肩內水平洞的直徑。微型電動機設置在絕緣盒內部，并固定在絕緣盒的底部。微型電動機給固定銷提供旋轉運動的動力源。固定銷安裝在微型電動機的轉軸，并卡入錨桿的凹槽。所述的彈簧固定座固定在壩肩內部，彈簧一端固定于彈簧固定座、另一端固定于錨桿的圓柱端。所述的控制單元由單片機、電源、繼電器和配電柜構成，控制單元安裝在壩肩外部，單片機、電源和繼電器設置在配電柜內部，單片機的1 口通過專用線路分別與各層的繼電器相連，繼電器通過電線與微型電動機相連，單片機控制繼電器和微型電動機的工作進程，電源給單片機與繼電器以及微型電動機提供所需電能。
[0006]作為優選，所述的壩體由若干層長方體組成，每一層長方體又由若干個中間設有小孔的立方塊組成，同一層的立方塊之間通過一對錨桿貫穿小孔固定;壩體內的每對錨桿均由一根帶有公接頭的錨桿和一根帶有母接頭的錨桿連接而成，公接頭與母接頭連接方式為套接，母接頭套接在公接頭上;所有相鄰的立方塊之間以及相鄰的長方體之間均用止水材料密封。
[0007]作為優選，所述的錨桿向左、右壩肩內收縮，錨桿的收縮依靠彈簧的瞬間拉力，壩體坍塌過程不受錨桿阻力作用。
[0008]作為優選，所述的凹槽垂直于錨桿，凹槽為圓弧形。
[0009]作為優選，所述的微型電動機設置在絕緣盒內部，采用微型步進電動機。
[0010]有益效果:本實用新型的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，與現有技術相比具有以下有益效果:
[0011](I)本實用新型中的壩體潰決方式和潰決時間能夠通過單片機程序控制，增加了試驗的靈活性，有利于研究不同失穩條件下壩體的潰決規律，對深入揭示潰壩孕育過程和潰決機理有重要意義。
[0012](2)本實用新型中的壩體由若干層長方體組成，每一層長方體又由若干個立方塊組成，立方塊所用材料及其特征決定了壩體的類型和特征。立方塊的材料既可以是混凝土，也可以是土石料，所以壩體既可以是混凝土重力壩，也可以是土石壩。采用不同配合比的混凝土或不同級配的土石料制作立方塊，能夠實現不同壩型、不同筑壩材料的穩定性研究。
[0013](3)本實用新型中的錨桿均由一根帶有公接頭的錨桿和一根帶有母接頭的錨桿套接而成，套接方式不僅能夠滿足錨桿自由分離的需求，也能夠滿足錨桿承受來流方向水壓力的穩定需要。
[0014](4)本實用新型中的單片機控制繼電器和微型電動機的工作進程，試驗裝置智能化程度高，立方塊的失穩坍塌依靠水壓力、摩擦力和自身重力，壩體的整個坍塌過程沒有人為干擾。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置立體示意圖；
[0016]圖2是圖1中的錨桿、電動系統、彈簧和彈簧固定座的連接結構示意圖；
[0017]圖3是圖1中的公接頭和母接頭結構示意圖；
[0018]圖4是圖1中的電動系統及其相鄰的彈簧和錨桿示意圖；
[0019]圖5是圖1中的微型電動機、固定銷與錨桿上的凹槽結構示意圖；
[0020]圖6是圖1中的控制單元示意圖。
[0021 ]圖中:1-壩肩、2-壩體、3-錨桿、301-公接頭、302-母接頭、303-凹槽、4_電動系統、401-絕緣盒、402-微型電動機、403-固定銷、5-彈簧、6-彈簧固定座、7-控制單元、701-單片機、702-電源、703-繼電器、704-配電柜。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型作更進一步的說明。
[0023]實施例:
[0024]如圖1-圖6所示，本實用新型的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置主體包括壩肩1、壩體2、錨桿3、電動系統4、彈簧5、彈簧固定座6和控制單元7 ο壩肩I位于壩體2的左、右兩側，兩個壩肩I的大小相同，在兩個壩肩I的內部，從上到下分別設置有若干個水平洞，水平洞的間距相同。壩體2由若干層長方體組成，每一層長方體又由若干個中間設有小孔的立方塊組成，相鄰的立方塊之間以及相鄰的長方體之間均用止水材料密封。立方塊小孔的孔徑等于水平洞的直徑，每個立方塊的長、寬、高均等于相鄰水平洞的間距，同一層的立方塊之間通過一對錨桿3貫穿小孔固定。錨桿3位于壩肩I和壩體2的內部，每根錨桿3的一端為圓柱端、另一端為公接頭301或母接頭302，錨桿3的圓柱端布設在壩肩I的水平洞中，錨桿3的桿身上設有凹槽303，凹槽303設置在錨桿3上靠近圓柱端的一側，錨桿3的直徑略小于壩肩I內水平洞的直徑。
[0025]如圖1和圖3所示，每對錨桿3均由一根帶有公接頭301的錨桿3和一根帶有母接頭302的錨桿3連接而成，公接頭301與母接頭302的連接方式為套接，母接頭302套接在公接頭301 上。
[0026]如圖1、圖4和圖5所示，電動系統4由絕緣盒401、微型電動機402和固定銷403構成。絕緣盒401固定在壩肩I內部，絕緣盒401中部預設有水平的圓孔，圓孔的直徑等于壩肩I內水平洞的直徑。微型電動機402設置在絕緣盒401內部，并固定在絕緣盒401底部，微型電動機402給固定銷403提供旋轉運動的動力源。固定銷403安裝在微型電動機402的轉軸上，并卡入錨桿3的凹槽303內。
[0027 ]如圖1和圖2所示，彈簧固定座6固定在壩肩I內部，彈簧5—端固定于彈簧固定座6、另一端固定于銷桿3的圓柱端。
[0028]如圖1和圖6所示，控制單元7由單片機701、電源702、繼電器703和配電柜704構成，控制單元7安裝在壩肩I外部，單片機701、電源702和繼電器703設置在配電柜704內部，單片機701的1 口通過專用線路分別與各層的繼電器703相連，繼電器703通過電線與微型電動機402相連，單片機701控制繼電器703和微型電動機402的工作進程，電源702給單片機701與繼電器703以及微型電動機402提供所需電能。
[0029]在本實施例中，兩個壩肩I的內部從上到下分別設置有8個水平洞，壩體2由8層長方體結構組成，每一層長方體結構又由許多個中間設有小孔的立方塊組成。錨桿3、絕緣盒401、微型電動機402、固定銷403、彈簧5、彈簧固定座6均為16個。初始，固定銷403卡住錨桿3的凹槽303，彈簧5在彈簧固定座6和錨桿3的共同拉力作用下處于拉伸狀態，壩體2在左、右兩側的壩肩1、彈簧固定座6、彈簧5、絕緣盒401、微型電動機402、固定銷403、錨桿3和上游水壓共同作用下保持穩定狀態。
[0030]在本實施例中，通過接通電源702給單片機701、繼電器703和微型電動機402供電，單片機701通電后開始執行內部程序控制單片機701的1 口每隔1秒輸出一個高電平。繼電器703接收到高電平時內部電路導通，首先接通最上層的兩個微型電動機402的電源702，最上層的兩個微型電動機402開始工作，驅動固定銷403從最上層兩個錨桿3的凹槽303向外旋轉，使得固定銷403脫離凹槽303。最上層的錨桿3在彈簧5的拉力作用下從公接頭301和母接頭302套接處逐漸分離，并向兩端的彈簧固定座6收縮回到壩肩I。在錨桿3收回過程中，最上層的立方塊逐漸失去錨桿3的錨固作用，在水流的靜壓力和自身重力作用下開始坍塌。
[0031 ]在本實施例中，第11秒時，單片機701的1 口輸出第二個高電平，繼電器703接收到高電平再次導通內部電路接通第二層的兩個微型電動機402的電源702，第二層的兩個微型電動機402開始工作驅動固定銷403脫離凹槽303。第二層的錨桿3在彈簧5的拉力作用下從公接頭301和母接頭302套接處逐漸分離，并向兩端的彈簧固定座6收縮回到壩肩I。在錨桿3收回過程中，第二層的立方塊逐漸失去錨桿3的錨固作用，在水流的靜壓力和自身重力作用下開始坍塌。單片機701繼續每隔10秒周期性輸出高電平，使繼電器703逐層觸發，自上而下不同層微型電動機402相繼工作，固定銷403相繼脫離相應錨桿3的凹槽303，錨桿3相繼收回到壩肩I。
[0032]在本實施例中，第71秒時，單片機701的1口輸出第八個高電平，繼電器703接收到最后一次高電平導通內部電路接通最下層的兩個微型電動機402的電源702。在第80秒時，所有的錨桿3都收縮回到壩肩I，未坍塌的立方塊繼續在水流作用下發生位移，最終被沖離壩體2，壩體2潰決的過程結束。
[0033]盡管以上結合附圖對本實用新型的優選實施例進行了描述，但本實用新型不限于上述【具體實施方式】，上述【具體實施方式】僅僅是示意性的而不是限定性的，應當指出:對于本領域的技術人員來說，凡采用等同替換形成的技術方案，均落在本實用新型要求的保護范圍內。
【主權項】
1.模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，包括壩肩(I)、壩體(2)、錨桿(3)、電動系統(4)、彈簧(5)、彈簧固定座(6)、控制單元(7)，其特征在于: 所述的壩肩(I)位于壩體(2)的左、右兩側，壩肩(I)的橫截面為等腰梯形，在壩肩(I)內部從上到下設置有若干個水平洞； 所述的錨桿(3)位于壩肩(I)和壩體(2)的內部，錨桿(3)—端為圓柱端、另一端為公接頭(301)或母接頭(302)，錨桿(3)的圓柱端布設在壩肩(I)的水平洞中，錨桿(3)的桿身上設有凹槽(303); 所述的電動系統(4)由絕緣盒(401)、微型電動機(402)和固定銷(403)構成，絕緣盒(401)固定在壩肩(I)內部，絕緣盒(401)中部預設有水平的圓孔，圓孔的直徑等于壩肩(I)內水平洞的直徑，微型電動機(402)固定在絕緣盒(401)的底部，固定銷(403)安裝在微型電動機(402)的轉軸； 所述的彈簧固定座(6)固定在壩肩(I)內部，彈簧(5) —端固定于彈簧固定座(6)、另一端固定于銷桿(3)的圓柱端； 所述的控制單元(7)由單片機(701)、電源(702)、繼電器(703)和配電柜(704)構成，控制單元(7)安裝在壩肩(I)外部，單片機(701)、電源(702)和繼電器(703)設置在配電柜(704)內部，單片機(701)的1口通過專用線路分別與各層的繼電器(703)相連，繼電器(703)通過電線與微型電動機(402)相連，單片機(701)控制繼電器(703)和微型電動機(402)的工作進程，電源(702)給單片機(701)與繼電器(703)以及微型電動機(402)提供所需電能。2.根據權利要求1所述的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，其特征在于:所述的壩體(2)由若干層長方體組成，每一層長方體又由若干個中間設有小孔的立方塊組成，同一層的立方塊之間通過一對錨桿(3)貫穿小孔固定;壩體(2)內的每對錨桿(3)均由一根帶有公接頭(301)的錨桿(3)和一根帶有母接頭(302)的錨桿(3)連接而成，公接頭(301)與母接頭(302)連接方式為套接，母接頭(302)套接在公接頭(301)上;所有相鄰的立方塊之間以及相鄰的長方體之間均用止水材料密封。3.根據權利要求1所述的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，其特征在于:所述的凹槽(303)設置在錨桿(3)上靠近圓柱端的一側，凹槽(303)垂直于錨桿(3)，凹槽(303)為圓弧形。4.根據權利要求1所述的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，其特征在于:所述的微型電動機(402)設置在絕緣盒(401)內部，微型電動機(402)給固定銷(403)提供旋轉運動的動力源。5.根據權利要求1所述的模擬壩體逐漸潰決的試驗裝置，其特征在于:所述的錨桿(3)的直徑略小于壩肩(I)內水平洞的直徑，錨桿(3)穿過絕緣盒(401)中部預設的圓孔和壩肩(I)內的水平洞。
【文檔編號】E02B1/02GK205421151SQ201620255087
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月29日
【發明人】戎貴文, 沈齊婷, 舒生茂, 趙志根, 王來斌, 王旭
【申請人】安徽理工大學