水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统技术方案

一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，包括限位盒、设于限位盒内的边坡模拟板，限位盒四周与水垫塘边坡相连，边坡模拟板的四周及底面均留有缝隙，四周及底面的缝隙采用万向轮限位，边坡模拟板内部设有与边坡模拟板和限位盒垂直的拉压传感器，边坡模拟板垂向贯通设有多个透水孔。本实用新型专利技术用于高坝水垫塘透水边坡板块受力测试模拟，在满足透水孔、缝隙透水相似情况下，通过设置万向轮，最大限度的减少边界摩擦力的影响，使透水板块沿垂直板面方向运动，利用拉压传感器得到透水板块在水垫塘内的受力过程，分区、分高程受力测试可以为透水板块防护提供详细的技术支撑，降低泄洪水垫塘边坡破坏风险，同时缩短工期、降低施工难度及工程造价。

A plate simulated micro friction force testing system for water cushion water slope

A water cushion pool slope plate permeable micro friction force simulation test system, including spacing box, in a box to simulate the slope limit plate spacing box around and the slope of water cushion pond is simulated and the bottom plate of the slope around the surface of a gap, the gap around and bottom surface of the universal wheel limit a plate is arranged inside the slope, simulation and limit pressure sensor and pull box vertical slope simulation in slope simulation of vertical penetrating plate is provided with a plurality of through holes. The utility model is used for high dam water cushion pool slope plate permeable force test simulation, to meet the permeable holes and gaps permeable under similar circumstances, by setting up a universal wheel, so as to minimize the influence of boundary friction, the permeable plate along the direction perpendicular to plane motion, using the pull pressure sensor to obtain the force plate in the process of water cushion pond water the partition height stress test can provide technical support for the detailed permeable plate protection, reduce flood discharge cushion slope failure risk, and shorten the construction period, reduce the cost and difficulty of construction engineering.

【技术实现步骤摘要】
水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统
本技术涉及水利工程中的高坝泄洪消能水垫塘边坡防护
，具体是一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统。
技术介绍
利用水垫塘消能是高坝泄洪消能的主要消能方式之一。随着水电开发的不断深入，我国高坝建设规模日益增大，200m甚至300.0m级具有世界级水平的大型水利枢纽已建成或在建，如五强溪、岩滩、三峡、二滩、小浪底、水布垭、糯扎渡、小湾、锦屏、构皮滩、溪洛渡、向家坝、乌东德、白鹤滩……等等，然而，我国高坝工程多位于西部的高山峡谷地区，其泄洪消能方面的显著特点是“水头高、流量大、泄洪功率大、河谷狭窄、地质条件复杂”，泄洪消能技术难度大。在高山峡谷地区修建高坝，其主要泄洪方式包括：坝身泄洪、岸边泄洪和组合泄洪三大类，其中坝身泄洪和组合泄洪基本采用坝身挑流+水垫塘的消能防冲型式。挑射水流下泄水股集中，且伴随着掺气、脉动、振动、冲刷、磨蚀、雾化等特殊水流现象，从而导致下游消能防冲建筑物破坏的事例屡见不鲜。据统计，有近1/3水利工程的泄水建筑物出现不同程度的破坏，有的破坏相当严重，其中，下游消能建筑物防护结构的破坏是最常见形式。根据实际工程资料统计，泄洪消能造价约占工程总造价的40～50％，因此进行泄洪消能研究对整个泄洪岁建筑物工程安全与经济具有十分重要意义。在西南地区修建高坝，坝身挑跌流碰撞+水垫塘消能是主要泄洪消能型式。为防止下泄水体磨蚀两岸山体岩石，通常在山体表面浇筑混凝土板，起到对山体的保护作用。但是混凝土板与山体之间存在裂隙，若大坝渗流或山体内部水流不能及时通过混凝土板排入水垫塘，混凝土板与山体间水压将逐渐升高，最终将其破坏，进而可能导致水垫塘局部垮塌，影响枢纽运行安全。目前，解决这一问题的主要手段有两个，第一，在混凝土板和山体之间设封闭抽排设施，通过设置排水管等设施，将混凝土板内水体实时拍入水垫塘内；第二，在混凝土板设置透水孔，将山体内水流通过通水孔实时排出。这两种型式分别称为封闭抽排型式和透水防护型式。封闭抽排防护是目前国内外枢纽水垫塘边坡防护的主要型式，在止水未破坏、抽排设备运行正常情况下，边坡板块仅受表面动水荷载作用，不存在失稳破坏的问题，而一旦抽排不畅，板块下表面面临巨大的扬压力；在板块间止水失效时，动水荷载将传递至板块下表面，板块有效自重减小，上述两种情况下板块的稳定及安全均受到威胁。另外，高坝水垫塘防护面积较大，封闭抽排管路在施工期间或正常运行期局部封堵导致水垫塘边坡局部破坏的风险教高，如构皮滩水电站，在施工期间曾出现因为排水管路局部封堵导致边坡板块垮塌现象。透水防护可有效降低排水孔被封堵破坏边坡的风险，但透水孔的存在降低板块的刚度，另外，水垫塘内水流结构复杂，紊动特性明显，时均压力、脉动压力、涌浪及波高均通过通水孔对透水板块施加作用力，板块的稳定较为困难。边坡透水防护目前研究的极少，在高坝工程中的完全应用尚未实现。究其原因，一方面是封闭抽排型式技术成熟，施工工艺熟练，在高坝边坡防护中广泛使用；另一方面，水垫塘内紊流结构复杂，研究尚未明晰，各因素对透水边坡的稳定影响研究远远不够，无法对透水板块的稳定设计提供有力的技术支撑。综上所述，对水垫塘边坡防护而言，在避免使用管网复杂、施工周期长、造价高且存在破坏风险的封闭抽排防护型式的情况下，通过边坡透水板块测力系统综合分析水垫塘内紊流结构对板块的稳定影响，对增加消能防冲建筑物运行安全、降低工程造价、缩短工期及提高边坡防护的设计水平是一个极具科学研究意义和经济价值的项目。
技术实现思路
本技术为有效解决水垫塘内复杂紊动水流对边坡透水防护板块的稳定影响，提出一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，有助于增加消能防冲建筑物运行安全、降低工程造价、缩短工期及提高边坡防护的设计水平。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，包括限位盒、设于限位盒内的边坡模拟板，所述限位盒四周与水垫塘边坡相连，所述边坡模拟板的四周及底面均留有缝隙，四周及底面的缝隙采用万向轮限位，所述边坡模拟板内部设有拉压传感器，四个拉压传感器布置在边坡模拟板四分区域各自的形心上，拉压传感器的固定端与边坡模拟板的表面相连，拉压传感器的受力变形端与限位盒背水面相连，且拉压传感器与边坡模拟板和限位盒垂直，所述边坡模拟板垂向贯通设有多个透水孔。进一步的，四周及底面的缝隙宽度不小于2.0mm。进一步的，所述限位盒内壁四周与底部均设有与边坡模拟板接触的万向轮。进一步的，所述边坡模拟板上与万向轮对应位置设有钢片，钢片用于与万向轮接触以减少摩擦力。进一步的，所述透水孔按原型透水孔面积进行换算模拟,孔径不小于2.0mm。进一步的，所述多个透水孔均匀布置在边坡模拟板上。进一步的，所述拉压传感器的固定端通过螺杆、第一螺母与边坡模拟板的表面相连，受力变形端通过螺杆、第二螺母与限位盒背水面相连，拉压传感器与边坡模拟板间适当留有缝隙。进一步的，在受力测试前，通过调整第一螺母和第二螺母使拉压传感器处于零位，在受力测试前，通过调整第一螺母和第二螺母使拉压传感器处于零位。本技术用于高坝水垫塘透水边坡板块受力测试模拟，在满足透水孔、缝隙透水相似情况下，通过设置万向轮，最大限度的减少边界摩擦力的影响，使透水板块沿垂直板面方向运动，利用拉压传感器得到透水板块在水垫塘内的受力过程，分区、分高程受力测试可以为透水板块防护提供详细的技术支撑，降低泄洪水垫塘边坡破坏风险，同时缩短工期、降低施工难度及工程造价。附图说明图1是本技术水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统的俯视图；图2是本技术水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统的剖面图。图中：1—限位盒，2—拉压传感器，3—上部万向轮，4—底部万向轮，5—四周缝隙，6—侧边万向轮，7—透水孔，8—下部万向轮，9—钢片，10—边坡模拟板，11—螺母，12—水垫塘边坡，13—螺杆，14—底部缝隙。具体实施方式下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。请参阅图1和图2，本技术水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统包括限位盒1、位于限位盒1内的边坡模拟板10、设于边坡模拟板10上的拉压传感器2、透水孔7、钢片9，所述边坡模拟板10位于所述限位盒1中间，所述限位盒1四周与水垫塘边坡12相连。所述限位盒1与所述边坡模拟板10的四周和底部之间留有缝隙，即图2所示的四周缝隙5、底部缝隙14，为满足透水相似要求，缝隙宽度不小于2.0mm，缝隙间采用万向轮限位，使边界给边坡模拟板10的摩擦力最小。所述限位盒1可由透明材料(例如有机玻璃)制成，便于观察水流在缝隙的运动情况。所述限位盒1内壁四周与底部均设有万向轮，具体的如图1和图2所示，在所述限位盒1的上部侧壁设有上部万向轮3，下部侧壁设有下部万向轮8，左右两侧壁设有侧边万向轮6，底部侧壁设有底部万向轮4。具体数量可根据实际需要设置，例如限位盒1的上、左、右均设一个万向轮，下边设两个万向轮、底部设4个万向轮。万向轮为类圆珠笔笔头设计，其球状端点在受力很小情况下可以向任何方向运动，为尽量减小边坡模拟板10运动的摩擦力，在边坡模拟板10上与万向轮对应位置设有钢片9，钢片9用于与万向轮接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，其特征在于：包括限位盒(1)、设于限位盒(1)内的边坡模拟板(10)，所述限位盒(1)四周与水垫塘边坡(12)相连，所述边坡模拟板(10)与所述限位盒(1)的四周及底面均留有缝隙，所述四周及底面的缝隙采用万向轮限位，所述边坡模拟板(10)内部设有拉压传感器(2)，四个拉压传感器(2)对应布置在边坡模拟板(10)四分区域各自的形心上，所述拉压传感器(2)的固定端与所述边坡模拟板(10)的表面相连，所述拉压传感器(2)的受力变形端与所述限位盒(1)背水面相连，且所述拉压传感器(2)与所述边坡模拟板(10)和所述限位盒(1)垂直，所述边坡模拟板(10)垂向贯通设有多个透水孔(7)。

【技术特征摘要】
1.一种水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，其特征在于：包括限位盒(1)、设于限位盒(1)内的边坡模拟板(10)，所述限位盒(1)四周与水垫塘边坡(12)相连，所述边坡模拟板(10)与所述限位盒(1)的四周及底面均留有缝隙，所述四周及底面的缝隙采用万向轮限位，所述边坡模拟板(10)内部设有拉压传感器(2)，四个拉压传感器(2)对应布置在边坡模拟板(10)四分区域各自的形心上，所述拉压传感器(2)的固定端与所述边坡模拟板(10)的表面相连，所述拉压传感器(2)的受力变形端与所述限位盒(1)背水面相连，且所述拉压传感器(2)与所述边坡模拟板(10)和所述限位盒(1)垂直，所述边坡模拟板(10)垂向贯通设有多个透水孔(7)。2.如权利要求1所述的水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，其特征在于：所述四周及底面的缝隙宽度不小于2.0mm。3.如权利要求1所述的水垫塘透水边坡板块模拟微摩擦受力测试系统，其特征在于：所述限位盒(1)内壁四周与底部均设有与边坡模拟板(10)接触的万向轮。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡中平，姜治兵，韩喜俊，翁永红，周赤，曹去修，胡清义，刘东，翟静静，王英奎，
申请(专利权)人：长江勘测规划设计研究有限责任公司，长江水利委员会长江科学院，
类型：新型
国别省市：湖北,42