專利名稱：一種河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明屬于滲流水力學(xué)領(lǐng)域中的設(shè)備制造技術(shù)，涉及一種對河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)的基礎(chǔ)性實驗和系統(tǒng)研究的設(shè)備，特別是一種河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置。
背景技術(shù)：
:我國北方干旱半干旱地區(qū)季節(jié)性河流常出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，當(dāng)汛期來臨時的最初幾場洪水過程，會出現(xiàn)明顯的河道沿程水量滲漏損失。行洪期河道沿程滲漏直接影響其洪水過程演進、洪峰漲落、洪峰大小和洪量等水文特性以及地下水補給量和補給過程等水信息，例如位于青島大沽河下游河谷平原的地下水庫，南北長51km，東西平均寬5-8km，總面積421.7km2，富含水砂層和砂礫石層的埋深一般為4-8m，當(dāng)汛期來臨時，常發(fā)生上游洪水洪峰演進到下游入?？跁r無入流洪水洪峰的情況。因此，開展河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)的基礎(chǔ)研究，對于季節(jié)性河流洪水洪峰的準確預(yù)報、地下水補給計算和掌握河道滲漏影響洪水演進的機理及效應(yīng)，具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值。目前，對于地下滲流水力學(xué)的研究主要是采用達西實驗儀、土柱試驗、單井軸對稱試驗和現(xiàn)場含水層抽水試驗手段，模型試驗的尺度相對較小，滲流流程短、歷史短，難于達到與實際接近相似，抽水試驗又受現(xiàn)場條件的限制，難于進行地下滲流水力學(xué)問題的系統(tǒng)研究，而對河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)問題的系統(tǒng)研究及其成果尚未見文獻報道。因此，尋求設(shè)計一種對河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)進行基礎(chǔ)性和系統(tǒng)性研究的實驗裝置，具有重要的科學(xué)意義和實際應(yīng)用價值，該實驗裝置的開發(fā)，要考慮河流洪水演進的一維特征，緊扣河道向河底下方和兩側(cè)向的二維滲流特征，進行概化處理，力求既使問題得到相應(yīng)的簡化，又能抓住問題的主要特征和影響因素，對于干涸時河流洪水的演進，第一遇到的是洪水前鋒的滲流問題，這一點在河道橫斷面上都是類似的，即可在瞬時向河道斷面充水來模擬地下橫斷面的滲流問題；第二是洪水波傳播過程中維持河道橫斷面一定的水位，形成地下橫斷面的滲流問題；第三是研究季節(jié)性河道滲漏對洪水洪峰的準確預(yù)報和地下水補給計算的影響，其研究流體單 元的控制體通常是取單位長度的河段或河道橫斷面進行分析，每個河道橫斷面的差異性都可以采用變量表示。如河道形態(tài)與尺度、河道水位與地下水位變化、砂土級配、密實度、孔隙率、含水率(飽和度)、初期是否干涸、含水層與包氣帶厚度以及降水強度等
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置，為我國北方干旱半干旱地區(qū)季節(jié)性河流洪水洪峰的準確預(yù)報、地下水補給計算和掌握河道滲漏影響洪水演進的機理及效應(yīng)等問題提供精確的技術(shù)方法和實驗裝置，解決常規(guī)實驗裝置中無法考慮的包氣帶非飽和二維滲流、地面降水和河道水位與地下水位變化的難題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體、槽體后立面、前立面、右側(cè)立面、左側(cè)立面可拆裝門板、基礎(chǔ)底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架鋼梁、框架鋼柱、砂土采樣孔、地下水位線、河道、河堤、河道水位線、河堤外地面、地下滲流區(qū)出水端豎井、定水頭供水管閥、閥門、流量計、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位調(diào)節(jié)箱、第一溢流隔板、河道進水軟管、流量計、閥門、溢流管、第一自鎖式齒輪齒條升降機、第一固定支架、地下水位調(diào)節(jié)箱、第二溢流隔板、地下滲流出水軟管、三通、放空管閥、第二自鎖式齒輪齒條升降機、第二固定支架、地下滲流出水溢流管、重量法計量水箱、排水管閥、電子磅秤、河道水位標尺、地下豎井水位標尺、地下滲流區(qū)、包氣帶、固定支架、自鎖棘輪、滑軌、棘輪、止動棘爪、搖桿、手柄、測壓排、測壓管、標尺和軟管；立面鋼構(gòu)架槽體上部為開口結(jié)構(gòu)，槽體后立面和前立面由有機玻璃板加工制成，實驗時觀察砂土透水層和地下水位線；右側(cè)立面和左側(cè)立面可拆裝門板由鋼板加工制成，左側(cè)立面可拆裝門板作為槽體出砂土的門是河道中心對稱垂面；立面鋼構(gòu)架槽體底部的基礎(chǔ)底座由方鋼加工制成，基礎(chǔ)底座上的底面板由鋼板加工制成，固定螺栓緊固左側(cè)立面拆裝門板和基礎(chǔ)底座；立面鋼構(gòu)架槽體前、后兩側(cè)的框架鋼柱的上、下端采用橫梁焊接形成圈體受力結(jié)構(gòu)，防止受力不均引起立面鋼構(gòu)架槽體變形和開裂，立面鋼構(gòu)架槽體前、后兩側(cè)的各框架鋼梁與各圈體結(jié)構(gòu)之間焊接形成鋼構(gòu)架整體受力，立面鋼構(gòu)架槽體的底面、槽體后立面、前立面和右側(cè)立面各立面之間分別用防水強力膠或者膠條粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，將地下滲流區(qū)和出水端豎井隔開，多孔板的左側(cè)覆蓋一層或二層麻布片，防止砂土流失；前立面上采用網(wǎng)格法間隔布點的方法均勻分布制有砂土采樣孔，砂土采樣孔用于采樣砂土，便于測定地層中砂土的性質(zhì)，安裝堵頭封閉；地下水位線為一條動態(tài)曲線，反映地下滲流區(qū)的水位變化，地下水位線的下方為地下滲流區(qū)，地下水位線的上方為包氣帶；立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)填充有砂土填料；河道為單式或復(fù)式斷面的一半，河道上覆蓋一層或二層麻布片，防止進水沖毀地形，或做成透水固定床；河堤為粘土夯實體，堤頂和邊坡做防護處理，保護河堤不被沖毀；河道水位線為一條動態(tài)曲線，反映河道洪水位的變化；河堤外地面的表層覆蓋一層或二層麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水沖毀地形；地下滲流區(qū)出水端豎井采用標尺觀測滲流區(qū)出水端水位，地下滲流區(qū)出水端豎井的底部制有三通和放空管閥，三通和放空管閥通過地下滲流出水軟管與地下水位調(diào)節(jié)箱固定連接，放空管閥用于排放立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)實驗滲流區(qū)的地下水；測壓排上的各測壓管采用軟管與砂土采樣孔固定連接，用于測量地下滲流區(qū)的點壓強，標尺用于讀取各點壓強，以便計算地下水位、滲透流速和滲透系數(shù)水力要素；定水頭供水管閥與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng) 固定連接，打開定水頭供水管閥，通過供水管給河道水位調(diào)節(jié)箱供水；河道水位調(diào)節(jié)箱中間制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定連接有河道進水軟管、流量計和閥門，用于調(diào)節(jié)控制和計量入河道斷面的流量和穩(wěn)定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底連接有溢流管，溢流管流入外部的實驗室退水系統(tǒng)；左側(cè)立面可拆裝門板固定制有第一固定支架，第一固定支架將第一自鎖式齒輪齒條升降機固定在立面鋼構(gòu)架槽體上，第一自鎖式齒輪齒條升降機用于調(diào)節(jié)河道水位高低，模擬河道水位變化；手柄搖動搖桿旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的河道水位調(diào)節(jié)箱升降，自鎖棘輪自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄，使河道水位調(diào)節(jié)箱降低到需要水位高度，放下止動棘爪實施自鎖止逆，通過河道水位標尺讀取河道水位，如果前期河道干涸，則實驗開始向河道沖水至實驗洪水位，以便模擬河道滲漏對洪水演進的影響和地下水補給情況；如果前期河道有水，則實驗開始前數(shù)小時或數(shù)天向河道沖水至起始水位，再調(diào)節(jié)至實驗洪水位，進行相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)記錄；地下滲流區(qū)出水端豎井通過底部三通和軟管與地下水位調(diào)節(jié)箱相連接，地下水位調(diào)節(jié)箱中間設(shè)有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱底通過軟管連接滲流區(qū)出水端豎井，便于穩(wěn)定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底連接地下滲流出水溢流管，地下滲流出水溢流管中的水流入重量法計量水箱，重量法計量水箱上固定制有排空水管閥，重量法計量水箱放置在電子磅秤上，定時記錄地下水位和滲流出水重量，以獲得滲流的水位和流量過程線；第二自鎖式齒輪齒條升降機用于調(diào)節(jié)地下水位高低，模擬地下水位變化，固定支架將第二自鎖式齒輪齒條升降機固定在立面鋼構(gòu)架槽體上；手柄搖動搖桿旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的地下水位調(diào)節(jié)箱升降，自鎖棘輪會自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄，使地下水位調(diào)節(jié)箱降低到需要水位高度，放下止動棘爪實施自鎖止逆，通過地下水位標尺讀取地下水位；定水頭供水管閥與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng)固定連接，閥門和流量計用于調(diào)節(jié)控制和計量模擬降水過程的沿程泄放多孔管的水量，沿程泄放多孔管降水入滲模擬系統(tǒng)根據(jù)實驗方案控制降水強度，由立面鋼構(gòu)架槽體頂部開口處實施模擬降水過程；當(dāng)閥門全部關(guān)閉，說明該河道斷面所處位置無降水，河道洪水和橫斷面二維地下滲流均由上游來水產(chǎn)生。本發(fā)明涉及的自鎖式齒輪齒條升降機的主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體、地下水位調(diào)節(jié)箱、第二固定支架、固定支架、自鎖棘輪和滑軌；立面鋼構(gòu)架槽體上固定制有固定支架，固定支架的中間部位制有自鎖棘輪，固定支架的外側(cè)平行結(jié)構(gòu)制有滑軌，滑軌的中間處下側(cè)通過第二固定支架固定制有地下水位調(diào)節(jié)箱；滑軌的側(cè)面體上通過止動棘爪固定制有自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)，自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)由自鎖棘輪、棘輪、搖桿和手柄配合聯(lián)動組合而成，實現(xiàn)通過手動進行自鎖功能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于制造和掌握，實驗條件的控制和調(diào)節(jié)靈活，實驗方法和結(jié)果可靠，實現(xiàn)環(huán)境友好，解決常規(guī)實驗裝置中無法考慮的包氣帶非飽和二維滲流、地面降水和河道水位與地下水位變化難題，為研究季節(jié)性河流洪水洪峰的準確預(yù)報、地下水補給計算和掌握河道滲漏影響洪水演進的機理及效應(yīng)等科學(xué)問題，提供較為精確的技術(shù)方法和適用的實驗裝置。


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圖1為本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2為本發(fā)明涉及的測壓排結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3為本發(fā)明涉及的自鎖式齒輪齒條升降機結(jié)構(gòu)原理示意圖，其中a為升降機結(jié)構(gòu)原理示意圖，b為自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
:下面通過實施例并結(jié)合附圖作進一步說明。本實施例的主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體1、槽體后立面2、前立面3、右側(cè)立面4、左側(cè)立面可拆裝門板5、基礎(chǔ)底座6、底面板7、固定螺栓8、多孔板9、框架鋼梁10、框架鋼柱
11、砂土采樣孔12、地下水位線13、河道14、河堤15、河道水位線16、河堤外地面17、地下滲流區(qū)出水端豎井18、定水頭供水管閥19、閥門20、流量計21、沿程泄放多孔管22、供水管23、河道水位調(diào)節(jié)箱24、第一溢流隔板25、河道進水軟管26、流量計27、閥門28、溢流管29、第一自鎖式齒輪齒條升降機30、第一固定支架31、地下水位調(diào)節(jié)箱32、第二溢流隔板33、地下滲流出水軟管34、三通35、放空管閥36、第二自鎖式齒輪齒條升降機37、第二固定支架38、地下滲流出水溢流管39、重量法計量水箱40、排水管閥41、電子磅秤42、河道水位標尺43、地下豎井水位標尺44、地下滲流區(qū)45、包氣帶46、固定支架47、自鎖棘輪48、滑軌49、棘輪50、止動棘爪51、搖桿52、手柄53、測壓排54、測壓管55、標尺56和軟管57 ;立面鋼構(gòu)架槽體I上部為開口結(jié)構(gòu)，槽體后立面2和前立面3由有機玻璃板加工制成，實驗時觀察砂土透水層和地下水位線13 ;右側(cè)立面4和左側(cè)立面可拆裝門板5由鋼板加工制成，左側(cè)立面可拆裝門板5作為槽體出砂土的門是河道中心對稱垂面；立面鋼構(gòu)架槽體I底部的基礎(chǔ)底座6由方鋼加工制成，基礎(chǔ)底座6上的底面板7由鋼板加工制成，固定螺栓8緊固左側(cè)立面拆裝門板5和基礎(chǔ)底座6 ;立面鋼構(gòu)架槽體I前、后兩側(cè)的框架鋼柱11的上、下端采用橫梁焊接形成圈體受力結(jié)構(gòu)，防止受力不均引起立面鋼構(gòu)架槽體I變形和開裂，立面鋼構(gòu)架槽體I前、后兩側(cè)的各框架鋼梁10與各圈體結(jié)構(gòu)之間焊接形成鋼構(gòu)架整體受力，立面鋼構(gòu)架槽體I的底面、槽體后立面2、前立面3和右側(cè)立面4各立面之間分別用防水強力膠或者膠條粘接密封防漏；多孔板9采用透水隔板，將地下滲流區(qū)45和出水端豎井18隔開，多孔板9的左側(cè)覆蓋一層或二層麻布片，防止砂土流失；前立面3上采用網(wǎng)格法間隔布點的方法均勻分布制有砂土采樣孔12，砂土采樣孔12用于采樣砂土，便于測定地層中砂土的性質(zhì)，安裝堵頭封閉；地下水位線13為一條動態(tài)曲線，反映地下滲流區(qū)的水位變化，地下水位線13的下方為地下滲流區(qū)45，地下水位線13的上方為包氣帶46 ;立面鋼構(gòu)架槽體I內(nèi)填充有砂土填料；河道14為單式或復(fù)式斷面的一半，河道14上覆蓋一層或二層麻布片，防止進水沖毀地形，或做成透水固定床；河堤15為粘土夯實體，堤頂和邊坡做防護處理，保護河堤不被沖毀；河道水位線16為一條動態(tài)曲線，反映河道洪水位的變化；河堤外地面17的表層覆蓋一層或二層麻布片，防止沿程泄放多孔管22的降水沖毀地形；地下滲流區(qū)出水端豎井18采用標尺44觀測滲流區(qū)出水端水位，地下滲流區(qū)出水端豎井18的底部制有三通35和放空管閥36，三通35和放空管閥36通過地下滲流出水軟管34與地下水位調(diào)節(jié)箱32固定連接，放空管閥36用于排放立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)實驗滲流區(qū)的地下水；測壓排54上的各測壓管55采用軟管57與砂土采樣孔12固定連 接，用于測量地下滲流區(qū)的點壓強，標尺56用于讀取各點壓強，以便計算地下水位、滲透流速和滲透系數(shù)水力要素；定水頭供水管閥19與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng)固定連接，打開定水頭供水管閥19，通過供水管23給河道水位調(diào)節(jié)箱24供水；河道水位調(diào)節(jié)箱24中間制有第一溢流隔板25，第一溢流隔板25的上游箱底固定連接有河道進水軟管26、流量計27和閥門28，用于調(diào)節(jié)控制和計量入河道斷面的流量和穩(wěn)定河道水位；第一溢流隔板25的下游箱底連接有溢流管29，溢流管29流入外部的實驗室退水系統(tǒng)；左側(cè)立面可拆裝門板5固定制有第一固定支架31,第一固定支架31將第一自鎖式齒輪齒條升降機30固定在立面鋼構(gòu)架槽體I上，第一自鎖式齒輪齒條升降機30用于調(diào)節(jié)河道水位高低，模擬河道水位變化；手柄53搖動搖桿52旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的河道水位調(diào)節(jié)箱24升降，自鎖棘輪50自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪51，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄53，使河道水位調(diào)節(jié)箱24降低到需要水位高度，放下止動棘爪51實施自鎖止逆，通過河道水位標尺43讀取河道水位，如果前期河道干涸，則實驗開始向河道沖水至實驗洪水位，以便模擬河道滲漏對洪水演進的影響和地下水補給情況；如果前期河道有水，則實驗開始前數(shù)小時或數(shù)天向河道沖水至起始水位，再調(diào)節(jié)至實驗洪水位，進行相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)記錄；地下滲流區(qū)出水端豎井18通過底部三通35和軟管34與地下水位調(diào)節(jié)箱32相連接，地下水位調(diào)節(jié)箱32中間設(shè)有第二溢流隔板33，第二溢流隔板33的上游箱底通過軟管34連接滲流區(qū)出水端豎井18，便于穩(wěn)定地下水位；第二溢流隔板33的下游箱底連接地下滲流出水溢流管39，地下滲流出水溢流管39中的水流入重量法計量水箱40，重量法計量水箱40上固定制有排空水管閥41，重量法計量水箱40放置在電子磅秤42上，定時記錄地下水位和滲流出水重量，以獲得滲流的水位和流量過程線；第二自鎖式齒輪齒條升降機37用于調(diào)節(jié)地下水位高低，模擬地下水位變化，固定支架38將第二自鎖式齒輪齒條升降機37固定在立面鋼構(gòu)架槽體I上；地下水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過手柄53搖動搖桿52旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的地下水位調(diào)節(jié)箱32升降，自鎖棘輪50會自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪51，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄53，使地下水位調(diào)節(jié)箱32降低到需要水位高度，放下止動棘爪51實施自鎖止逆，通過地下水位標尺44讀取地下水位；定水頭供水管閥19與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng)固定連接，閥門20和流量計21用于調(diào)節(jié)控制和計量模擬降水過程的沿程泄放多孔管22的水量，沿程泄放多孔管降水入滲模擬系統(tǒng)根據(jù)實驗方案控制降水強度，由立面鋼構(gòu)架槽體頂部開口處實施模擬降水過程；當(dāng)閥門20全部關(guān)閉，說明該河道斷面所處位置無降水，河道洪水和橫斷面二維地下滲流均由上游來水產(chǎn)生。本實施例涉及的自鎖式齒輪齒條升降機的主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體1、地下水位調(diào)節(jié)箱32、第二固定支架38、固定支架47、自鎖棘輪48和滑軌49 ;立面鋼構(gòu)架槽體I上固定制有固定支架47，固定支架46的中間部位制有自鎖棘輪48，固定支架47的外側(cè)平行結(jié)構(gòu)制有滑軌49，滑軌49的中間處下側(cè)通過第二固定支架38固定制有地下水位調(diào)節(jié)箱32 ;滑軌49的側(cè)面體上通過止動棘爪51固定制有自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)，自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)由自鎖棘輪48、棘輪50、搖桿52和手柄53配合聯(lián)動組合而成，實現(xiàn)通過手動進行自鎖功倉泛。實施例1:本實施例的立面鋼構(gòu)架槽體I的寬 度X高度X厚度=3100mmX2200mmX 150mm,前立面3和槽體后立面2采用厚度16mm的有機玻璃板加工，右側(cè)立面4和左側(cè)立面可拆裝門板5采用厚度5mm的鋼板加工，立面鋼構(gòu)架采用IOOmm和80mm方鋼加固而成，鋼板底座長X寬X高=3100mmX450mmX100mm，所有鋼構(gòu)件均刷防銹漆進行維護，多孔板9采用厚度16mm的有機玻璃板加工，多孔板9將立面鋼構(gòu)架槽體I分離出IOOmm寬的地下滲流區(qū)出水端豎井18 ;立面鋼構(gòu)架槽體I的河道斷面進水、降水入滲模擬系統(tǒng)進水和地下滲流出水管均安裝Φ50閥門來調(diào)控水位和流量，河道水位調(diào)節(jié)箱24和地下水位調(diào)節(jié)箱32分別安裝在立面鋼構(gòu)架槽體I的右側(cè)立面4和左側(cè)立面可拆裝門板5上，分別用于調(diào)節(jié)河道和地下水位；河道水位調(diào)節(jié)箱24和地下水位調(diào)節(jié)箱32的材質(zhì)均為有機玻璃板，長X寬X高=300mmX 150mmX 300mm，溢流隔板將水箱隔成兩部分，隔板上游水位調(diào)節(jié)箱體長200mm，隔板下游溢流排水箱體長IOOmm ;齒條升降機與立面鋼構(gòu)架槽體I之間用固定支架連接，水位調(diào)節(jié)箱與齒條升降機之間同樣用固定支架連接；自鎖式齒輪齒條升降機系統(tǒng)按水位調(diào)節(jié)幅度500mm、精度2mm和1800mm、精度5mm要求，由機械廠定制加工。降水入滲模擬系統(tǒng)采用Φ50的沿程泄放多孔管，固定在立面鋼構(gòu)架槽體的上端，實驗時向槽體內(nèi)均勻噴灑不同強度的“雨水”，以便模擬降水過程。地下滲流區(qū)出水重量法計量水箱為600mm的立方體，由PE板制成，電子磅秤量程250kg。本實施例的地下滲流區(qū)砂土填料采自青島大沽河河床，向立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)填充前，先行分析砂土的顆粒級配曲線等特性，砂土填料表面距離槽頂400mm，河道采用梯形橫斷面，半底寬500mm,河底面距離槽頂600mm,河堤夯實堅固,堤頂寬150mm,堤頂面距離槽頂100mm，河堤兩側(cè)的邊坡系數(shù)均為1.5 ;對同一組地下填料和河型，選擇3_5個河寬來調(diào)整滲透面大小，自制2個由12根玻璃管組成的測壓排，固定于槽體后立面，軟管連接到槽體前立面上網(wǎng)格法布點的測壓孔；砂土填料填充結(jié)束后要淋雨增濕，進行地下水位調(diào)節(jié)，待填料穩(wěn)定數(shù)天后，自槽體前立面上網(wǎng)格法布點的采樣孔采取沙土樣品，進行密實度、孔隙率、含水率等指標測定；實驗全部準備就緒后`，進行河道沖水二維地下滲流動態(tài)試驗。
權(quán)利要求
1.一種河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置，其特征在于主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體、槽體后立面、前立面、右側(cè)立面、左側(cè)立面可拆裝門板、基礎(chǔ)底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架鋼梁、框架鋼柱、砂土采樣孔、地下水位線、河道、河堤、河道水位線、河堤外地面、地下滲流區(qū)出水端豎井、定水頭供水管閥、閥門、流量計、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位調(diào)節(jié)箱、第一溢流隔板、河道進水軟管、流量計、閥門、溢流管、第一自鎖式齒輪齒條升降機、第一固定支架、地下水位調(diào)節(jié)箱、第二溢流隔板、地下滲流出水軟管、三通、放空管閥、第二自鎖式齒輪齒條升降機、第二固定支架、地下滲流出水溢流管、重量法計量水箱、排水管閥、電子磅秤、河道水位標尺、地下豎井水位標尺、地下滲流區(qū)、包氣帶、固定支架、自鎖棘輪、滑軌、棘輪、止動棘爪、搖桿、手柄、測壓排、測壓管、標尺和軟管；立面鋼構(gòu)架槽體上部為開口結(jié)構(gòu)，槽體后立面和前立面由有機玻璃板加工制成，實驗時觀察砂土透水層和地下水位線；右側(cè)立面和左側(cè)立面可拆裝門板由鋼板加工制成，左側(cè)立面可拆裝門板作為槽體出砂土的門是河道中心對稱垂面；立面鋼構(gòu)架槽體底部的基礎(chǔ)底座由方鋼加工制成，基礎(chǔ)底座上的底面板由鋼板加工制成，固定螺栓緊固左側(cè)立面拆裝門板和基礎(chǔ)底座；立面鋼構(gòu)架槽體前、后兩側(cè)的框架鋼柱的上、下端采用橫梁焊接形成圈體受力結(jié)構(gòu)，防止受力不均引起立面鋼構(gòu)架槽體變形和開裂，立面鋼構(gòu)架槽體前、后兩側(cè)的各框架鋼梁與各圈體結(jié)構(gòu)之間焊接形成鋼構(gòu)架整體受力，立面鋼構(gòu)架槽體的底面、槽體后立面、前立面和右側(cè)立面各立面之間分別用防水強力膠或者膠條粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，將地下滲流區(qū)和出水端豎井隔開，多孔板的左側(cè)覆蓋一層或二層麻布片，防止砂土流失；前立面上采用網(wǎng)格法間隔布點的方法均勻分布制有砂土采樣孔，砂土采樣孔用于采樣砂土，便于測定地層中砂土的性質(zhì)，安裝堵頭 封閉；地下水位線為一條動態(tài)曲線，反映地下滲流區(qū)的水位變化，地下水位線的下方為地下滲流區(qū)，地下水位線的上方為包氣帶；立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)填充有砂土填料；河道為單式或復(fù)式斷面的一半，河道上覆蓋一層或二層麻布片，防止進水沖毀地形，或做成透水固定床；河堤為粘土夯實體，堤頂和邊坡做防護處理，保護河堤不被沖毀；河道水位線為一條動態(tài)曲線，反映河道洪水位的變化；河堤外地面的表層覆蓋一層或二層麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水沖毀地形；地下滲流區(qū)出水端豎井采用標尺觀測滲流區(qū)出水端水位，地下滲流區(qū)出水端豎井的底部制有三通和放空管閥，三通和放空管閥通過地下滲流出水軟管與地下水位調(diào)節(jié)箱固定連接，放空管閥用于排放立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)實驗滲流區(qū)的地下水；測壓排上的各測壓管采用軟管與砂土采樣孔固定連接，用于測量地下滲流區(qū)的點壓強，標尺用于讀取各點壓強，以便計算地下水位、滲透流速和滲透系數(shù)水力要素；定水頭供水管閥與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng)固定連接，打開定水頭供水管閥，通過供水管給河道水位調(diào)節(jié)箱供水；河道水位調(diào)節(jié)箱中間制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定連接有河道進水軟管、流量計和閥門，用于調(diào)節(jié)控制和計量入河道斷面的流量和穩(wěn)定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底連接有溢流管，溢流管流入外部的實驗室退水系統(tǒng)；左側(cè)立面可拆裝門板固定制有第一固定支架，第一固定支架將第一自鎖式齒輪齒條升降機固定在立面鋼構(gòu)架槽體上，第一自鎖式齒輪齒條升降機用于調(diào)節(jié)河道水位高低，模擬河道水位變化；手柄搖動搖桿旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的河道水位調(diào)節(jié)箱升降，自鎖棘輪自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄，使河道水位調(diào)節(jié)箱降低到需要水位高度，放下止動棘爪實施自鎖止逆，通過河道水位標尺讀取河道水位，如果前期河道干涸，則實驗開始向河道沖水至實驗洪水位，以便模擬河道滲漏對洪水演進的影響和地下水補給情況；如果前期河道有水，則實驗開始前數(shù)小時或數(shù)天向河道沖水至起始水位，再調(diào)節(jié)至實驗洪水位，進行相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)記錄；地下滲流區(qū)出水端豎井通過底部三通和軟管與地下水位調(diào)節(jié)箱相連接，地下水位調(diào)節(jié)箱中間設(shè)有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱底通過軟管連接滲流區(qū)出水端豎井，便于穩(wěn)定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底連接地下滲流出水溢流管，地下滲流出水溢流管中的水流入重量法計量水箱，重量法計量水箱上固定制有排空水管閥，重量法計量水箱放置在電子磅秤上，定時記錄地下水位和滲流出水重量，以獲得滲流的水位和流量過程線；第二自鎖式齒輪齒條升降機用于調(diào)節(jié)地下水位高低，模擬地下水位變化，固定支架將第二自鎖式齒輪齒條升降機固定在立面鋼構(gòu)架槽體上；手柄搖動搖桿旋轉(zhuǎn)齒輪帶動齒條連接的地下水位調(diào)節(jié)箱升降，自鎖棘輪會自鎖止逆；當(dāng)實驗需要降低水位時，手動搬起止動棘爪，倒轉(zhuǎn)齒輪手柄，使地下水位調(diào)節(jié)箱降低到需要水位高度，放下止動棘爪實施自鎖止逆，通過地下水位標尺讀取地下水位；定水頭供水管閥與外部的實驗室高位水箱供水系統(tǒng)固定連接，閥門和流量計用于調(diào)節(jié)控制和計量模擬降水過程的沿程泄放多孔管的水量，沿程泄放多孔管降水入滲模擬系統(tǒng)根據(jù)實驗方案控制降水強度，由立面鋼構(gòu)架槽體頂部開口處實施模擬降水過程；當(dāng)閥門全部關(guān)閉，說明該河道斷面所處位置無降水，河道洪水和橫斷面二維地下滲流均由上游來水產(chǎn)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置，其特征在于涉及的自鎖式齒輪齒條升降機的主體結(jié)構(gòu)包括立面鋼構(gòu)架槽體、地下水位調(diào)節(jié)箱、第二固定支架、固定支架、自鎖棘輪和滑軌；立面鋼構(gòu)架槽體上固定制有固定支架，固定支架的中間部位制有自鎖棘輪，固定支架的外側(cè)平行結(jié)構(gòu)制有滑軌，滑軌的中間處下側(cè)通過第二固定支架固定制有地下水位調(diào)節(jié)箱；滑軌的側(cè)面體上通過止動棘爪固定制有自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)，自鎖式齒輪齒條結(jié)構(gòu)由自鎖棘輪、棘輪、搖桿和手柄配合聯(lián)動組合而成，實現(xiàn)通過手動 進行自鎖功能。
全文摘要
本發(fā)明屬于滲流水力學(xué)領(lǐng)域中的設(shè)備制造技術(shù)，涉及一種河道橫斷面二維地下滲流水力學(xué)實驗裝置，前立面上均勻分布制有砂土采樣孔；地下水位線的上、下方分別為包氣帶和地下滲流區(qū)；立面鋼構(gòu)架槽體內(nèi)填充有砂土填料；地下滲流區(qū)出水端豎井的底部制有與地下水位調(diào)節(jié)箱固定連接的三通和放空管閥，測壓排上的各測壓管采用軟管與砂土采樣孔固定連接；河道水位調(diào)節(jié)箱中間的第一溢流隔板的上游箱底固定連接有河道進水軟管、流量計和閥門，下游箱底連接有溢流管；地下水位調(diào)節(jié)箱中間設(shè)有第二溢流隔板，重量法計量水箱上固定制有排空水管閥，重量法計量水箱放置在電子磅秤上；其結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于制造和掌握，控制調(diào)節(jié)靈活，環(huán)境友好。
文檔編號G09B23/12GK103236209SQ20131017547
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月13日
發(fā)明者武周虎, 武桂芝, 路成剛, 李冬桂 申請人:青島理工大學(xué)