本實用新型涉及能夠模擬大壩內(nèi)部飽和滲流狀態(tài)的教學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種土石壩穩(wěn)定滲流演示儀。

背景技術(shù)：

滲流廣泛存在于工程領(lǐng)域，滲流問題是導(dǎo)致的工程事故發(fā)生的主要原因之一。尤其對于水利工程中土石壩而言，滲流破壞是造成土石壩失事的主要因素，因此水利工程教學(xué)過程中，滲流控制一直是土石壩教學(xué)中的關(guān)鍵內(nèi)容。然而由于滲流的特殊性，往往難以直觀的觀察土石壩內(nèi)部的滲流情況，導(dǎo)致教學(xué)過程中學(xué)生對穩(wěn)定滲流的浸潤線、溢出點、滲透流量、水力梯度等關(guān)鍵指標(biāo)認(rèn)識模糊，難以有效掌握滲流的基本知識。

而現(xiàn)階段的滲流試驗儀器中，以專有大型儀器為主且造價昂貴，主要為科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)支持，由于儀器存在體積大，試驗時間長，不可重復(fù)，造價昂貴和觀測困難等問題，難以滿足水利工程專業(yè)本科教學(xué)要求。因此，在水利工程土石壩滲流教學(xué)領(lǐng)域急需一種能夠模擬土石壩穩(wěn)定滲流的儀器，以滿足土石壩滲流教學(xué)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種土石壩穩(wěn)定滲流演示儀，該儀器不僅能實現(xiàn)對不同庫水位、不同壩體形狀、不同壩體填料、不同壩體壓實度的土石壩穩(wěn)定滲流的模擬，同時實現(xiàn)了裝置的小型化、可視化，具有實驗時間短，材料可重復(fù)使用等優(yōu)點，非常適合于水利工程中土石壩穩(wěn)定滲流的教學(xué)。

本實用新型為解決上述技術(shù)問題，所采用的技術(shù)方案是：一種土石壩穩(wěn)定滲流演示儀，包括水槽和可拆卸安裝于水槽一內(nèi)側(cè)面的面板；

所述面板及與面板相對的水槽內(nèi)側(cè)面上設(shè)有多組互相對應(yīng)的模型板卡槽，所述模型板卡槽上安裝有多塊大壩模型板，所述大壩模型板上開有多個透水孔；

所述大壩模型板安裝完成后，其上游地區(qū)設(shè)有上游溢流板，其下游地區(qū)設(shè)有下游溢流板；

所述上游溢流板靠近大壩模型板的一側(cè)設(shè)有上游進(jìn)水管，所述上游溢流板遠(yuǎn)離大壩模型板的一側(cè)設(shè)有上游出水管；所述下游溢流板遠(yuǎn)離大壩模型板的一側(cè)設(shè)有下游出水管，所述下游出水管與帶有刻度的集水器相連。

進(jìn)一步地，靠近上游出水管一側(cè)的水槽側(cè)壁上還貼有水位刻度標(biāo)簽。

進(jìn)一步地，所述上游出水管內(nèi)還設(shè)有閥門。這樣可更方便的調(diào)節(jié)上游水位。

優(yōu)選地，所述大壩模型板開有的多個透水孔為圓孔設(shè)計，其圓孔半徑為0.2cm，彼此呈陣列均布，行距為0.5cm。圓孔半徑的大小對演示的結(jié)果，出現(xiàn)穩(wěn)定的浸潤線和溢出點很重要，上述參數(shù)經(jīng)過試驗確定其效果較好。

進(jìn)一步地，所述大壩模型板及面板的邊緣部分采用0.3cm厚橡膠止水。通過橡膠止水，能實現(xiàn)防止水沿邊壁滲流。

優(yōu)選地，所述上游溢流板高25cm，下游溢流板高10cm。

優(yōu)選地，所述水槽為長方體結(jié)構(gòu)的透明有機(jī)玻璃槽，其長120cm，寬20cm，高60cm。這樣可以實現(xiàn)土石壩穩(wěn)定滲流的直接觀測。

在上述技術(shù)方案中，通過不同組大壩模型板卡槽，能夠?qū)崿F(xiàn)土石壩不同體型的模擬；通過上、下游溢流板，可實現(xiàn)穩(wěn)定大壩上下游水位；通過大壩模型板，實現(xiàn)透水反濾作用，集水器帶有刻度可測量出滲流水量。

本實用新型可模擬各種不同工況下土石壩穩(wěn)定滲流過程，具有操作簡便、易于觀察、成本低廉等優(yōu)點，適用于水利工程中土石壩穩(wěn)定滲流的教學(xué)。

附圖說明

圖1 為一種土石壩穩(wěn)定滲流演示儀的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖1中大壩模型板的平面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1至圖3所示，一種土石壩穩(wěn)定滲流演示儀，包括水槽1和可拆卸安裝于水槽1一內(nèi)側(cè)面的面板2；所述水槽1為長方體結(jié)構(gòu)的透明有機(jī)玻璃槽，其長120cm，寬20cm，高60cm；

所述面板2及與面板2相對的水槽1內(nèi)側(cè)面上設(shè)有多組互相對應(yīng)的模型板卡槽3，所述模型板卡槽3上安裝有多塊大壩模型板4，所述大壩模型板4上開有多個透水孔；

所述大壩模型板4安裝完成后，其上游地區(qū)設(shè)有上游溢流板5，其下游地區(qū)設(shè)有下游溢流板6；

所述上游溢流板5靠近大壩模型板4的一側(cè)設(shè)有上游進(jìn)水管7，所述上游溢流板5遠(yuǎn)離大壩模型板4的一側(cè)設(shè)有上游出水管8；所述下游溢流板6遠(yuǎn)離大壩模型板4的一側(cè)設(shè)有下游出水管9，所述下游出水管9與帶有刻度的集水器10相連；靠近上游出水管8一側(cè)的水槽1側(cè)壁上還貼有水位刻度標(biāo)簽11；所述上游出水管8內(nèi)還設(shè)有閥門12，一般可采用球閥；

所述大壩模型板4開有的多個透水孔為圓孔設(shè)計，其圓孔半徑為0.2cm，彼此呈陣列均布，行距為0.5cm；

所述大壩模型板4及面板2的邊緣部分采用0.3cm厚橡膠止水；

所述上游溢流板5高25cm，下游溢流板6高10cm。

采用上述實施例結(jié)構(gòu)，使用時，于模型板卡槽3間安裝大壩模型板4；固定大壩模型后，于模型內(nèi)填筑土料；大壩模型填筑完成后，安裝面板2，打開上游進(jìn)水管7和上游出水管8，待上游水位穩(wěn)定且與下游形成穩(wěn)定的水位差后，土體內(nèi)部即緩慢形成穩(wěn)定的飽和滲流，出現(xiàn)穩(wěn)定的浸潤線和溢出點；下游滲出水通過下游出水管9，于集水器10內(nèi)測出水量。

大壩模型板4安裝時，可根據(jù)實驗需求選擇大壩形式、尺寸。水槽1內(nèi)對應(yīng)多組模型板卡槽3，通過選擇壩頂?shù)哪Ｐ桶蹇ú?高度確定大壩高度、通過選擇壩底的模型板卡槽3位置確定大壩坡度；選擇是否插入內(nèi)部心墻的模型板卡槽3確定大壩為均質(zhì)壩或心墻壩。

土料填筑：根據(jù)實驗需求選擇填筑土料粒徑、級配、密實度。使用土料篩篩分出不同粒徑的土料，根據(jù)模擬大壩填筑材料的要求，選擇適當(dāng)粒徑的土料填筑。若填筑為均質(zhì)壩，則采用相同土料填筑；若填筑為心墻壩，則心墻部分采用細(xì)顆粒土料填筑，其他區(qū)域采用粗顆粒土料填筑。填筑過程中采用分層填筑的方式保持材料的均一性。根據(jù)大壩填筑密度的要求，通過擊實次數(shù)的不同，控制填筑密實度。

實驗水位控制：上游水位高于上游溢流板5后，打開閥門12，可穩(wěn)定上游水位為上游溢流板5高度；關(guān)閉閥門12可抬升上游水位，水位達(dá)指定高度后，調(diào)節(jié)閥門12穩(wěn)定水位，實現(xiàn)不同水位下穩(wěn)定滲流的模擬。