一种渗漏模拟试验装置

1.本实用新型涉及试验装置领域，具体涉及一种渗漏模拟试验装置。


背景技术：

2.堤坝是民生的重要防线，而渗漏则是土石堤坝最为常见的隐患。通过试验模拟渗漏进行渗漏探测研究对实际堤坝防险有着重大意义。发生渗漏时土体内形成渗漏通道，土体与水体的热物理性质差异使得温度分布出现异常，因而可以通过监测堤坝温度来探测渗漏。
3.现有的试验装置中，采用的是在模拟坝体中的各个位置布设温度传感器，通过温度传感器监测模拟坝体各个位置的温度，通过温度传感器监测的温度是否异常，来反映堤坝渗漏通道是否产生渗漏。此法有着高精准度和高效率的优点，一般情况下足以适用。
4.该试验进行前，需要先布设模拟坝体，然后在模拟坝体中安装多个温度传感器，温度传感器安装后，每个温度传感器在模拟坝体中的位置都是确定已知的，例如此时其中一个温度传感器的位置为a点。试验进行中，由于试验人员操作不当或者模拟坝体在试验中会产生扰动这两个原因，模拟坝体在试验过程中会发生偏移，模拟坝体发生偏移就会造成温度传感器的位置也发生偏移，所以试验过程中，上述温度传感器偏移后的实际位置在b点，此时温度传感器在b点监测的温度为t。
5.试验中，试验人员一般是知道温度传感器由于上述原因发生了偏移，但是却无法得知偏移后温度传感器的实际位置。为了试验的简单化，试验人员在试验中常常会默认温度传感器还是处于a点（实际在b点）没有发生偏移，试验人员记录数据时，也是记录a-t的温度传感器位置与监测温度的对应关系，这对于实际是b-t的温度传感器位置与监测温度的对应关系而言，是不准确、有误差的。后续进行其他试验时，试验人员也只会参照a-t的温度传感器位置与监测温度的对应关系，造成后续试验数据的准确性不高。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的不足，本实用新型提出一种渗漏模拟试验装置，其为了解决如何在温度传感器偏移后，建立温度传感器实际位置与监测温度的对应关系的技术问题。
7.为了实现上述目的，本实用新型的一种渗漏模拟试验装置，包括模拟坝体，模拟坝体中设有渗漏通道，所述试验装置还包括试验箱，试验箱中设有试验腔；模拟坝体处于试验腔中，模拟坝体相对的两个表壁与试验腔对应的两个表壁贴合；试验箱上设有用于给模拟坝体其中一侧注水的进水机构；试验腔的内部上表壁固定有超声波发射器；模拟坝体中设有若干个集成传感器，每个集成传感器均包括至少一个温度传感器和一个超声波接收器，试验箱上还设有出水管。
8.进一步地，所述进水机构包括与试验腔连通的进水口，进水口通过软管连接有水箱，水箱上设有用于保持水箱中水恒温的恒温装置，软管上设有用于将水箱中的水引入到
试验腔中的驱动装置。
9.恒温装置可以保证每次实验时，模拟坝体一侧的水温都是一样的，有利于保证实验因素的统一性。
10.进一步地，所述驱动装置为变频水泵。
11.利用变频水泵来控制进水口的流速，水流不会因为速度太快对模拟坝体产生冲击，避免出现模拟坝体变形等不利情况出现。
12.进一步地，所述渗漏通道呈笔直状，包括砂土层和包裹层；砂土层的端面呈圆形，包裹层的端面呈圆环形，包裹层的内壁与砂土层的外壁贴合。
13.笔直圆筒状布置是为了延长渗漏路径，使试验结果更为明显；选用砂土则是为了使水体较易通过此区域，模拟渗流；包裹层的存在是为了避免砂土与坝体粗粒土混合，干扰试验结果。
14.进一步地，所述渗漏通道距离模拟坝体下端的高度小于等于50cm。
15.符合实际工程中堤坝渗漏往往发生在堤坝深处，即深埋隐伏渗漏，这也是目前渗漏研究的主要领域。此外，渗漏通道位置较高时也易受到表层水体流动影响，50cm是在满足试验要求的情况下，比较合理的设计标准。
16.进一步地，所述模拟坝体的端面呈等腰梯形，所述集成传感器沿模拟坝体的高度方向设置有5层，从下往上每层集成传感器的数量分别为11个、9个、7个、5个和3个。
17.符合力学特性，坝体下方水压更大，下宽上窄的结构能使得坝体更稳定；符合工程实际，实际应用中大部分土石坝均是梯形布设；考虑到操作易行性，堆土时等腰梯形更易堆立。传感器数量过多时，布设过程会过于繁杂且仪器成本较高。传感器数量过少时，将难以反演出渗漏情况。考虑到模拟坝体截面形状为等腰梯形，等间距布置5层并逐级增加传感器数量可以较好地满足每一层的温度探测需求。
有益效果：
18.该试验中，通过超声波发射器发出的超声波被超声波接收器所接收，来确定超声波接收器所在的位置。由于超声波接收器跟温度传感器是捆绑在一起的，所以确定了超声波接收器的位置，也就是确定了温度传感器的位置。获得了温度传感器的位置以后，根据此时温度传感器监测的温度，就可以建立准确的温度传感器位置与监测温度的对应关系。
附图说明
19.图1是本装置整体的结构示意图；
20.图2是模拟坝体的结构示意图；
21.图3是渗漏通道的结构示意图。
22.图4是超声波发射器的结构示意图。
23.1、试验箱；2、模拟坝体；3、进水口；4、出水管；5、超声波发射器；6、集成传感器；7、温度传感器数据线；8、超声波接收器数据线；9、水箱；10、渗漏通道；11、砂土层；12、包裹层；13、发射单元；
具体实施方式
24.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.见图1，一种渗漏模拟试验装置，包括试验箱1，试验箱1的内部设有试验腔。试验箱1由玻璃制成，本实施例的试验箱1呈长方体形。
26.试验箱1上开设有进水口3，进水口3与试验腔连通。进水口3通过软管连接有水箱9，水箱9上设有用于保持水箱9中水温度不变的恒温装置（未示出）。软管上设有变频水泵（未示出），可以但不限于使用xl-3500型号的变频水泵。变频水泵将水箱9中的水引入到试验箱1中，通过变频水泵来改变流入到试验箱1中的水的流速。
27.试验箱1的试验腔中设有模拟坝体2，模拟坝体2由细粒土填筑构成。如图1所示，模拟坝体2前后两端的端面呈等腰梯形，前述进水口3处于模拟坝体2的左方，且，进水口3的位置低于模拟坝体2的顶端。模拟坝体2前后两端的表壁，分别与试验腔前后方向的两个表壁贴合；模拟坝体2的下端表壁与试验腔的下端表壁贴合。
28.见图1，模拟坝体2前后两端的端面呈等腰梯形，等腰梯形的下底边长为2.5m，高度为1m，下底角为45度。从模拟坝体2的底端垂直向上，每隔20cm安装一层集成传感器6。结合图2，集成传感器6布设在模拟坝体2的内部。各层集成传感器6从下往上数量越来越少，本实施例最底层往上，每层依次是11个、9个、7个、5个和3个集成传感器6。
29.每个集成传感器6包括一个超声波接收器和一个温度传感器。超声波接收器和温度传感器通过聚氯乙烯塑料薄膜带捆绑在一起，温度传感器为ntc温度传感器，超声波接收器可以但不限于使用ato-125-b225-d16的超声波接收器。每个集成传感器6的温度传感器数据线7和超声波接收器数据线8均从模拟坝体2中伸出来，并延伸出试验箱1，分别接至控制器。
30.模拟坝体2上设有一个笔直的渗漏通道10，渗漏通道10沿图1中左右方向穿设在模拟坝体2上，端面呈圆形。渗漏通道10的左右两端表壁分别延伸到模拟坝体2的左右两端表壁。见图3，渗漏通道10包括砂土层11和包裹层12；砂土层11由砂土填筑而成，端面呈圆形；包裹层12套设在砂土层11的外侧，端面呈圆环形；包裹层12的内壁与砂土层11相贴合。包裹层12为透水型土工布，用于束缚砂土层11的结构形状，本实施例中，透水型土工布采用聚酯长丝土工布。渗漏通道10距离模拟坝体2下端的高度不高于50cm。
31.见图1，试验腔的内部的上表壁固定有超声波发射器5，超声波发射器5可以但不限于使用hsndr-d01的超声波发射器5。超声波发射器5处于模拟坝体2的正上方，超声波发射器5向下发出超声波。试验箱1上还设有出水管4，出水管4位于模拟坝体2的右方。出水管4的高度低于进水口3，几乎与试验箱1的下表壁持平，出水管4上设有用于启闭出水管4的阀门。
32.本装置的试验过程：
33.通过变频水泵向试验箱1中注水，由于模拟坝体2的前后两端分别与试验箱1的前后两端表壁贴合，所以水滞留在模拟坝体2的左方，达到模拟实际坝体的目的。利用超声波发射器5发出超声波，位于模拟坝体2中不同位置处的超声波接收器，分别接收超声波发射器5发出的超声波，超声波发射器5和超声波接收器确定出温度传感器的位置。试验完成后，
拆除模拟坝体2，让水从出水管4流出，期间可以打开变频水泵，冲刷试验箱1中残留的土。
34.本装置中，超声波发射器的定位原理是：
35.超声波具有频率高、波长短、绕射现象小、传播速度慢、可穿过固体液体和对外界光线磁场不敏感的特点，适用于本试验装置背景下的定位。
36.如图4所示，本试验的超声波发射器5底端设置了4个发射单元13，布置仪器时根据坝体大小以及集成传感器6布置情况调整每个发射单元13的发射角度。使用时4个发射单元以1s的间隔先后发射超声波，发射超声波时每个集成传感器6同时开始计时，并在接收到超声波时停止计时，最终每个集成传感器6得到4个收发延迟。根据得到的收发延迟，由三角测量定位原理进行计算，即可得到每个集成传感器6的空间定位（也就是集成传感器6位移后的位置b）。具体的定位原理，可以参照论文：胡森康,徐铮,刘伟等.一种精确的超声波定位系统[j].物理与工程,2021,31(01):120-123，属于现有技术手段，本实施例不再赘述。
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以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种渗漏模拟试验装置，包括模拟坝体，模拟坝体中设有渗漏通道，其特征在于，所述试验装置还包括试验箱，试验箱中设有试验腔；模拟坝体处于试验腔中，模拟坝体相对的两个表壁与试验腔对应的两个表壁贴合；试验箱上设有用于给模拟坝体其中一侧注水的进水机构；试验腔的内部上表壁固定有超声波发射器；模拟坝体中设有若干个集成传感器，每个集成传感器均包括至少一个温度传感器和一个超声波接收器，试验箱上还设有出水管。2.根据权利要求1所述的一种渗漏模拟试验装置，其特征在于，所述进水机构包括与试验腔连通的进水口，进水口通过软管连接有水箱，水箱上设有用于保持水箱中水恒温的恒温装置，软管上设有用于将水箱中的水引入到试验腔中的驱动装置。3.根据权利要求2所述的一种渗漏模拟试验装置，其特征在于，所述驱动装置为变频水泵。4.根据权利要求1所述的一种渗漏模拟试验装置，其特征在于，所述渗漏通道呈笔直状，包括砂土层和包裹层；砂土层的端面呈圆形，包裹层的端面呈圆环形，包裹层的内壁与砂土层的外壁贴合。5.根据权利要求4所述的一种渗漏模拟试验装置，其特征在于，所述渗漏通道距离模拟坝体下端的高度小于等于50cm。6.根据权利要求4所述的一种渗漏模拟试验装置，其特征在于，所述模拟坝体的端面呈等腰梯形，所述集成传感器沿模拟坝体的高度方向设置有5层，从下往上每层集成传感器的数量分别为11个、9个、7个、5个和3个。

技术总结
本实用新型的一种渗漏模拟试验装置，属于坝体试验装置领域，包括模拟坝体，模拟坝体中设有渗漏通道，所述试验装置还包括试验箱，试验箱中设有试验腔；模拟坝体处于试验腔中，模拟坝体相对的两个表壁与试验腔对应的两个表壁贴合；试验箱上设有进水机构；试验腔的内部上表壁固定有超声波发射器；模拟坝体中设有若干个集成传感器，每个集成传感器均包括至少一个温度传感器和一个超声波接收器，试验箱上还设有出水管。该装置引入了超声波发射器和超声波接收器，与温度传感器配合试验，能精准地获知温度传感器的实际位置，保证试验数据的准确性。性。性。


技术研发人员：周奇 刘晓 刘睿阳 张子阳 吕霖 占文浩
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/12