用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置

摘要

本发明涉及一种用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置,属于水利工程技术领域。该触发装置设于管涌溃坝模拟试验的水管入口上，触发装置包括扣合在水管入口上的密封盖和固定在密封盖上的第一环形拉绳，密封盖上制有通孔，通孔内塞有密封塞，密封塞上固定第二环形拉绳，第一环形拉绳与第二环形拉绳彼此穿套。该触发装置可以在管涌溃坝模拟试验中简单、快速和方便的人工开启。

权利要求

1.一种用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，该触发装置设于管涌溃坝模拟试验的水管入口上，所述触发装置包括扣合在水管入口上的密封盖和固定在密封盖上的第一环形拉绳，其特征在于，所述密封盖上制有通孔，所述通孔内塞有密封塞，所述密封塞上固定第二环形拉绳，所述第一环形拉绳与第二环形拉绳彼此穿套。

2.如权利要求1所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述密封塞位于水管的一端设有限位杆。

3.如权利要求1所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述第一环形拉绳的两端固定在密封盖上的相对两处，所述第一环形拉绳从第二环形拉绳的环形中穿过。

4.如权利要求1、2或3所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述触发装置还包括水流传感装置，所述水流传感装置固定在密封盖上且位于水管内。

5.如权利要求4所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述通孔设于密封盖的中心处。

6.如权利要求4所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述密封塞制为T形密封塞。

7.如权利要求2所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述限位杆制为镂空杆。

8.如权利要求2所述用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，其特征在于：所述密封塞位于水管的一端设有安装轴，所述安装轴直径小于通孔直径，所述安装轴上制有螺旋线，所述限位杆上制有螺纹孔，所述限位杆螺接在安装轴上。

说明书

用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于管涌溃坝试验的触发装置，属于水利工程技术领域。

背景技术

[0002] 目前，我国已建水库大坝8.6万多座，小型塘坝640多万座，其中90%以上为土石坝。这些水库建设年代久远，许多都是当地农民自建，水文系列短，对水库防洪库容和泄洪能力估计不足，许多水库设计和建设标准低，一旦发生溃坝事故，将会给下游带来严重的灾难。据统计，土石坝溃坝事件中管涌溃坝比例高达29%，是土石坝溃坝的主要原因之一。

[0003] 据申请人了解，土石坝管涌溃决过程伴随着管涌通道的内部冲刷，内部通道坍塌等复杂过程，溃决过程具有强非线性、非恒定性，迄今管涌溃决过程预测依然非常困难。对于无粘性材料构筑的坝体，无粘性泥沙运移的控制方程在管涌内部冲刷过程中不适用。而对于粘性材料构筑的坝体，由于粘性土泥沙运移理论尚不成熟，因此，当前物理缩尺模型难以得到合理的管涌溃决过程。换言之，迄今开展的室内试验，大多无法很好的解决比尺问题，室内管涌溃坝试验成果更多是定性的成果，而非定量成果。开展现场大尺度管涌溃坝试验是迄今最为可靠的研究方法。

[0004] 管涌溃坝现场试验的做法是：在坝体中预埋管道，管道壁上加钻一系列小孔，周围铺设一定厚度沙粒层，有利于管涌通道的形成；打开触发装置管道密封盖，水流迅速流入管道；水流从管壁小孔中流出，冲刷沙粒层，管涌通道不断扩大最终导致通道上部土体全部垮塌，溃坝型式转变为坝体发生漫顶破坏。而试验的触发需要在预埋管道的上游侧安装一触发装置，其作用类似于阀门，控制水流进入管涌通道，触发管涌溃坝。

[0005] 由于溃坝现场试验涉及水库及下游行洪区场地使用、水库水源供应等问题，试验成本高昂，且管涌溃决过程、管涌通道位于水下，使得试验控制存在较大的难度。申请人实际试验时发现，管涌溃坝现场试验管涌通道触发装置是该试验中重要装置，因管涌通道埋深较深，该触发装置在打开时将承受较大的水压力，现场试验中曾多次出现即使用电动葫芦之类的电动机械也难以快速打开触发装置的现象，延误试验进程，且存在一定的安全隐患。因此迫切需要能够仅凭人力快速地打开触发装置，操作方法安全、可靠，简单易行，确保现场管涌溃坝试验的顺利进行。

发明内容

[0006] 本发明要解决的第一个技术问题是，针对现有技术不足，提出一种在管涌溃坝模拟试验中简单、快速和方便的可以人工开启的触发装置。

[0007] 本发明要解决的第二个技术问题是，在解决上述第一个技术问题基础上，提出一种避免密封塞掉入水管内且可更可靠的触发装置。

[0008] 本发明为解决上述第一个技术问题提出的技术方案是：一种用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，该触发装置设于管涌溃坝模拟试验的水管入口上，所述触发装置包括扣合在水管入口上的密封盖和固定在密封盖上的第一环形拉绳，所述密封盖上制有通孔，所述通孔内塞有密封塞，所述密封塞上固定第二环形拉绳，所述第一环形拉绳与第二环形拉绳彼此穿套。

[0009] 本发明采用上述技术方案的有益效果是：1）通过在管涌溃坝模拟试验的水管入口上设置触发装置，触发装置包括扣合在水管入口上的密封盖，密封盖上制有通孔，通孔内塞有密封塞，实验时，可以在野外简陋条件下，人工直接就可以拉掉密封塞，此时水流经密封盖通孔进入水管内，随着水管里的水量增多，密封盖所受水压力开始减小，当水管被水流充满时，密封盖所受水压力达到最小，此时拉掉密封盖，增大过流面积，保证了试验顺利进行；2）通过固定在密封盖上的第一环形拉绳，密封塞上固定第二环形拉绳，第一环形拉绳与第二环形拉绳彼此穿套，实验时，可以通过第二环形拉绳拉动密封塞，等到水管被水流充满时，再通过第一环形拉绳拉动密封盖，将密封盖拉掉，增大过流面积，保证了试验顺利进行。

[0010] 本发明为解决上述第二个技术问题，对上述技术方案的改进是：所述密封塞位于水管的一端设有限位杆。

[0011] 本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：通过在密封塞位于水管的一端加设限位杆，当拉动密封塞脱离通孔时，此时水流经密封盖通孔进入水管内，但是由于有限位杆的阻挡，保证了密封塞不会脱离密封盖，同时当水管被水流充满时，继续施加拉力，限位杆将拉力转移到密封盖上，将密封盖拉出，增大过流面积，保证试验顺利进行。

[0012] 上述技术方案的改进是：所述第一环形拉绳的两端固定在密封盖上的相对两处，所述第一环形拉绳从第二环形拉绳的环形中穿过。

[0013] 上述技术方案的改进是：所述触发装置还包括水流传感装置，所述水流传感装置固定在密封盖上且位于水管内。

[0014] 本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：通过设有水流传感装置，当拉掉密封塞且水流经密封盖通孔进入水管内时，可以保证第一时间检测到水流进入，提高了实验数据的准确性。

[0015] 上述技术方案的改进是：所述通孔设于密封盖的中心处。

[0016] 上述技术方案的改进是：所述密封塞制为T形密封塞。

[0017] 上述技术方案的改进是：所述限位杆制为镂空杆。

[0018] 本发明采用上述技术方案的改进的有益效果是：通过将限位杆制为镂空杆，减轻了限位杆的重量。

[0019] 上述技术方案的改进是：所述密封塞位于水管的一端设有安装轴，所述安装轴直径小于通孔直径，所述安装轴上制有螺旋线，所述限位杆上制有螺纹孔，所述限位杆螺接在安装轴上。

附图说明

[0020] 下面结合附图对本发明作进一步说明：

[0021] 图1是本发明实施例一的用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置的结构示意图。

[0022] 图2是图1的分解结构示意图。

[0023] 图3是图1的安装结构示意图。

[0024] 图4是本发明实施例二的用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置的结构示意图。

具体实施方式

[0025] 实施例一

[0026] 本实施例的用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置，如图1和图2所示，该触发装置1设于管涌溃坝模拟试验的水管2入口上。

[0027] 触发装置1包括扣合在水管入口上的密封盖3和固定在密封盖上的第一环形拉绳4。密封盖3上制有通孔3-1，通孔内塞有密封塞5，密封塞5上固定第二环形拉绳6。第一环形拉绳4与第二环形拉绳6彼此穿套。

[0028] 本实施例的第一环形拉绳4的两端固定在密封盖3上的相对两处，第一环形拉绳4从第二环形拉绳6的环形中穿过。

[0029] 本实施例的通孔3-1设于密封盖3的中心处。本实施例的密封塞5可以制为T形密封塞。

[0030] 本实施例的触发装置1还包括水流传感装置7，水流传感装置7固定在密封盖3上且位于水管2内。

[0031] 如图3所示，本实施例的管涌溃坝模拟试验包括土石坝，土石坝包括主要由土石物料堆筑成的坝体8-1，坝体8-1按照试验要求在设定位置铺设有可产生初始管涌通道的薄弱层8-2。水管2贯穿坝体8-1且设于薄弱层8-2内，水管2的管壁上开有沿其轴向方向间隔分布的通孔。

[0032] 试验时，通过对水管2的注水来形成对薄弱层8-2的冲刷，从而模拟并加速坝体内部管涌通道的形成。同时可以在土石坝管涌现场试验时形成稳定渗流通道，形成管涌溃坝，提高试验成功率，确保试验资料完整；进一步的，可以控制管涌现场试验开展的时间，避免试验中管涌通道形成时间无法控制，进而导致现场试验失败，甚至导致出现难以预料的突发性溃坝事件，引发生命财产损失。

[0033] 水管2管壁上的通孔总面积与水管横断面面积之比大于0.5，可以保证水流均匀，防止管涌通道内因局部出水不畅而导致通道堵塞而导致试验失败，另外，为保证通孔有足够的出水量，通孔总面积与水管横断面面积之比小于1。

[0034] 水管2的入口的水平高度值大于水管的下游端的水平高度值，水管与水平面形成的夹角大于0度且小于7度，可以防止水管2的出水流速不均匀。

[0035] 薄弱层8-2主要由细砂或中砂铺设而成，薄弱层8-2的厚度大于0.6m，且宽度大于1.5m，可以有利于形成管涌通道。

[0036] 为了便于对实验的进度进行控制，水管2的下游端封闭。

[0037] 薄弱层8-2在坝体的上游侧坡面的出口处设置有厚度为0.5m的粘土覆盖层，可以避免发生水从薄弱层8-2的上游侧进入管涌通道，干扰试验进行。

[0038] 管涌溃坝模拟试验的土石坝的坝高为15m，第一环形拉绳4的长度L1与密封盖3的直径D应满足的关系式是：L1≥3D;水管2的水下埋深为10m，水管2的直径为28cm，密封盖3的直径为30cm，密封塞5的直径为8cm，直接拉掉密封盖3需克服的静水压力为：

[0039] F1=P×A1=9.81×1000×10×3.14×(0.3/2) ×（0.3/2）=6.93KN

[0040] 拉掉密封塞5需克服的静水压力为：

[0041] F2=P×A2=9.81×1000×10×3.14×(0.08/2) ×（0.08/2）=0.49KN

[0042] 人体能提供的最多拉力为0.5KN，因此可以先以较小的拉力拉掉密封塞5，水流进入水管2，随着水管2里的水量增多，密封盖3所受水压力开始减小，当水管2被水流充满时，密封盖3所受水压力达到最小，此时拉掉密封盖，增大过流面积，保证了试验顺利进行。

[0043] 实施例二

[0044] 本实施例的用于管涌溃坝试验的压力自平衡式触发装置与实施例一基本相同，如图4所示，除了与实施例一相同以外所不同的是：密封塞5位于水管的一端设有限位杆9-1。本实施例的限位杆9-1制为镂空杆。

[0045] 本实施例的密封塞5位于水管2的一端设有安装轴9-2，安装轴9-2直径小于通孔直径，安装轴9-2上制有螺旋线，限位杆9-1上制有螺纹孔，限位杆9-1螺接在安装轴9-2上。

[0046] 模拟管涌溃坝试验时，限位杆9-1的长度L2与密封盖通孔3-1的直径d之间应满足的关系式是：L2≥3d。

[0047] 可以先以较小的拉力拉掉密封塞5，此时水流经密封盖3上制有通孔3-1进入水管2内，但是由于有限位杆9-1的阻挡，保证了密封塞5不会脱离密封盖3，同时当水管2被水流充满时，继续施加拉力，限位杆9-1将拉力转移到密封盖3上，连同密封盖3一起拉出，增大过流面积，保证试验顺利进行。

[0048] 本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。