本发明专利技术属于渗流水力学领域中的设备制造技术，涉及一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，前立面上均匀分布制有砂土采样孔；地下水位线的上、下方分别为包气带和地下渗流区；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；地下渗流区出水端竖井的底部制有与地下水位调节箱固定连接的三通和放空管阀，测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接；河道水位调节箱中间的第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，下游箱底连接有溢流管；地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上；其结构简单，操作方便，易于制造和掌握，控制调节灵活，环境友好。
【技术实现步骤摘要】
:本专利技术属于渗流水力学领域中的设备制造技术，涉及一种对河道横断面二维地下渗流水力学的基础性实验和系统研究的设备，特别是一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置。
技术介绍
:我国北方干旱半干旱地区季节性河流常出现干涸现象，当汛期来临时的最初几场洪水过程，会出现明显的河道沿程水量渗漏损失。行洪期河道沿程渗漏直接影响其洪水过程演进、洪峰涨落、洪峰大小和洪量等水文特性以及地下水补给量和补给过程等水信息，例如位于青岛大沽河下游河谷平原的地下水库，南北长51km，东西平均宽5-8km，总面积421.7km2，富含水砂层和砂砾石层的埋深一般为4-8m，当汛期来临时，常发生上游洪水洪峰演进到下游入海口时无入流洪水洪峰的情况。因此，开展河道横断面二维地下渗流水力学的基础研究，对于季节性河流洪水洪峰的准确预报、地下水补给计算和掌握河道渗漏影响洪水演进的机理及效应，具有重要的科学意义和实际应用价值。目前，对于地下渗流水力学的研究主要是采用达西实验仪、土柱试验、单井轴对称试验和现场含水层抽水试验手段，模型试验的尺度相对较小，渗流流程短、历史短，难于达到与实际接近相似，抽水试验又受现场条件的限制，难于进行地下渗流水力学问题的系统研究，而对河道横断面二维地下渗流水力学问题的系统研究及其成果尚未见文献报道。因此，寻求设计一种对河道横断面二维地下渗流水力学进行基础性和系统性研究的实验装置，具有重要的科学意义和实际应用价值，该实验装置的开发，要考虑河流洪水演进的一维特征，紧扣河道向河底下方和两侧向的二维渗流特征，进行概化处理，力求既使问题得到相应的简化，又能抓住问题的主要特征和影响因素，对于干涸时河流洪水的演进，第一遇到的是洪水前锋的渗流问题，这一点在河道横断面上都是类似的，即可在瞬时向河道断面充水来模拟地下横断面的渗流问题；第二是洪水波传播过程中维持河道横断面一定的水位，形成地下横断面的渗流问题；第三是研究季节性河道渗漏对洪水洪峰的准确预报和地下水补给计算的影响，其研究流体单 元的控制体通常是取单位长度的河段或河道横断面进行分析，每个河道横断面的差异性都可以采用变量表示。如河道形态与尺度、河道水位与地下水位变化、砂土级配、密实度、孔隙率、含水率(饱和度)、初期是否干涸、含水层与包气带厚度以及降水强度等
技术实现思路
:本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，为我国北方干旱半干旱地区季节性河流洪水洪峰的准确预报、地下水补给计算和掌握河道渗漏影响洪水演进的机理及效应等问题提供精确的技术方法和实验装置，解决常规实验装置中无法考虑的包气带非饱和二维渗流、地面降水和河道水位与地下水位变化的难题。为了实现上述目的，本专利技术的主体结构包括立面钢构架槽体、槽体后立面、前立面、右侧立面、左侧立面可拆装门板、基础底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架钢梁、框架钢柱、砂土采样孔、地下水位线、河道、河堤、河道水位线、河堤外地面、地下渗流区出水端竖井、定水头供水管阀、阀门、流量计、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位调节箱、第一溢流隔板、河道进水软管、流量计、阀门、溢流管、第一自锁式齿轮齿条升降机、第一固定支架、地下水位调节箱、第二溢流隔板、地下渗流出水软管、三通、放空管阀、第二自锁式齿轮齿条升降机、第二固定支架、地下渗流出水溢流管、重量法计量水箱、排水管阀、电子磅秤、河道水位标尺、地下竖井水位标尺、地下渗流区、包气带、固定支架、自锁棘轮、滑轨、棘轮、止动棘爪、摇杆、手柄、测压排、测压管、标尺和软管；立面钢构架槽体上部为开口结构，槽体后立面和前立面由有机玻璃板加工制成，实验时观察砂土透水层和地下水位线；右侧立面和左侧立面可拆装门板由钢板加工制成，左侧立面可拆装门板作为槽体出砂土的门是河道中心对称垂面；立面钢构架槽体底部的基础底座由方钢加工制成，基础底座上的底面板由钢板加工制成，固定螺栓紧固左侧立面拆装门板和基础底座；立面钢构架槽体前、后两侧的框架钢柱的上、下端采用横梁焊接形成圈体受力结构，防止受力不均引起立面钢构架槽体变形和开裂，立面钢构架槽体前、后两侧的各框架钢梁与各圈体结构之间焊接形成钢构架整体受力，立面钢构架槽体的底面、槽体后立面、前立面和右侧立面各立面之间分别用防水强力胶或者胶条粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，将地下渗流区和出水端竖井隔开，多孔板的左侧覆盖一层或二层麻布片，防止砂土流失；前立面上采用网格法间隔布点的方法均匀分布制有砂土采样孔，砂土采样孔用于采样砂土，便于测定地层中砂土的性质，安装堵头封闭；地下水位线为一条动态曲线，反映地下渗流区的水位变化，地下水位线的下方为地下渗流区，地下水位线的上方为包气带；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；河道为单式或复式断面的一半，河道上覆盖一层或二层麻布片，防止进水冲毁地形，或做成透水固定床；河堤为粘土夯实体，堤顶和边坡做防护处理，保护河堤不被冲毁；河道水位线为一条动态曲线，反映河道洪水位的变化；河堤外地面的表层覆盖一层或二层麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水冲毁地形；地下渗流区出水端竖井采用标尺观测渗流区出水端水位，地下渗流区出水端竖井的底部制有三通和放空管阀，三通和放空管阀通过地下渗流出水软管与地下水位调节箱固定连接，放空管阀用于排放立面钢构架槽体内实验渗流区的地下水；测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接，用于测量地下渗流区的点压强，标尺用于读取各点压强，以便计算地下水位、渗透流速和渗透系数水力要素；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水系统 固定连接，打开定水头供水管阀，通过供水管给河道水位调节箱供水；河道水位调节箱中间制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，用于调节控制和计量入河道断面的流量和稳定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底连接有溢流管，溢流管流入外部的实验室退水系统；左侧立面可拆装门板固定制有第一固定支架，第一固定支架将第一自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上，第一自锁式齿轮齿条升降机用于调节河道水位高低，模拟河道水位变化；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的河道水位调节箱升降，自锁棘轮自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使河道水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过河道水位标尺读取河道水位，如果前期河道干涸，则实验开始向河道冲水至实验洪水位，以便模拟河道渗漏对洪水演进的影响和地下水补给情况；如果前期河道有水，则实验开始前数小时或数天向河道冲水至起始水位，再调节至实验洪水位，进行相应的实验数据记录；地下渗流区出水端竖井通过底部三通和软管与地下水位调节箱相连接，地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱底通过软管连接渗流区出水端竖井，便于稳定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底连接地下渗流出水溢流管，地下渗流出水溢流管中的水流入重量法计量水箱，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上，定时记录地下水位和渗流出水重量，以获得渗流的水位和流量过程线；第二自锁式齿轮齿条升降机用于调节地下水位高低，模拟地下水位变化，固定支架将第二自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的地下水本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种河道横断面二维地下渗流水力学实验装置，其特征在于主体结构包括立面钢构架槽体、槽体后立面、前立面、右侧立面、左侧立面可拆装门板、基础底座、底面板、固定螺栓、多孔板、框架钢梁、框架钢柱、砂土采样孔、地下水位线、河道、河堤、河道水位线、河堤外地面、地下渗流区出水端竖井、定水头供水管阀、阀门、流量计、沿程泄放多孔管、供水管、河道水位调节箱、第一溢流隔板、河道进水软管、流量计、阀门、溢流管、第一自锁式齿轮齿条升降机、第一固定支架、地下水位调节箱、第二溢流隔板、地下渗流出水软管、三通、放空管阀、第二自锁式齿轮齿条升降机、第二固定支架、地下渗流出水溢流管、重量法计量水箱、排水管阀、电子磅秤、河道水位标尺、地下竖井水位标尺、地下渗流区、包气带、固定支架、自锁棘轮、滑轨、棘轮、止动棘爪、摇杆、手柄、测压排、测压管、标尺和软管；立面钢构架槽体上部为开口结构，槽体后立面和前立面由有机玻璃板加工制成，实验时观察砂土透水层和地下水位线；右侧立面和左侧立面可拆装门板由钢板加工制成，左侧立面可拆装门板作为槽体出砂土的门是河道中心对称垂面；立面钢构架槽体底部的基础底座由方钢加工制成，基础底座上的底面板由钢板加工制成，固定螺栓紧固左侧立面拆装门板和基础底座；立面钢构架槽体前、后两侧的框架钢柱的上、下端采用横梁焊接形成圈体受力结构，防止受力不均引起立面钢构架槽体变形和开裂，立面钢构架槽体前、后两侧的各框架钢梁与各圈体结构之间焊接形成钢构架整体受力，立面钢构架槽体的底面、槽体后立面、前立面和右侧立面各立面之间分别用防水强力胶或者胶条粘接密封防漏；多孔板采用透水隔板，将地下渗流区和出水端竖井隔开，多孔板的左侧覆盖一层或二层麻布片，防止砂土流失；前立面上采用网格法间隔布点的方法均匀分布制有砂土采样孔，砂土采样孔用于采样砂土，便于测定地层中砂土的性质，安装堵头封闭；地下水位线为一条动态曲线，反映地下渗流区的水位变化，地下水位线 的下方为地下渗流区，地下水位线的上方为包气带；立面钢构架槽体内填充有砂土填料；河道为单式或复式断面的一半，河道上覆盖一层或二层麻布片，防止进水冲毁地形，或做成透水固定床；河堤为粘土夯实体，堤顶和边坡做防护处理，保护河堤不被冲毁；河道水位线为一条动态曲线，反映河道洪水位的变化；河堤外地面的表层覆盖一层或二层麻布片，防止沿程泄放多孔管的降水冲毁地形；地下渗流区出水端竖井采用标尺观测渗流区出水端水位，地下渗流区出水端竖井的底部制有三通和放空管阀，三通和放空管阀通过地下渗流出水软管与地下水位调节箱固定连接，放空管阀用于排放立面钢构架槽体内实验渗流区的地下水；测压排上的各测压管采用软管与砂土采样孔固定连接，用于测量地下渗流区的点压强，标尺用于读取各点压强，以便计算地下水位、渗透流速和渗透系数水力要素；定水头供水管阀与外部的实验室高位水箱供水系统固定连接，打开定水头供水管阀，通过供水管给河道水位调节箱供水；河道水位调节箱中间制有第一溢流隔板，第一溢流隔板的上游箱底固定连接有河道进水软管、流量计和阀门，用于调节控制和计量入河道断面的流量和稳定河道水位；第一溢流隔板的下游箱底连接有溢流管，溢流管流入外部的实验室退水系统；左侧立面可拆装门板固定制有第一固定支架，第一固定支架将第一自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上，第一自锁式齿轮齿条升降机用于调节河道水位高低，模拟河道水位变化；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的河道水位调节箱升降，自锁棘轮自锁止逆；当实验需要降低水位时，手动搬起止动棘爪，倒转齿轮手柄，使河道水位调节箱降低到需要水位高度，放下止动棘爪实施自锁止逆，通过河道水位标尺读取河道水位，如果前期河道干涸，则实验开始向河道冲水至实验洪水位，以便模拟河道渗漏对洪水演进的影响和地下水补给情况；如果前期河道有水，则实验开始前数小时或数天向河道冲水至起始水位，再调节至实验洪水位，进行相应的实验数据记录；地下渗流区出水端竖井通过底部三通和软管与地下水位调节箱相连接，地下水位调节箱中间设有第二溢流隔板，第二溢流隔板的上游箱 底通过软管连接渗流区出水端竖井，便于稳定地下水位；第二溢流隔板的下游箱底连接地下渗流出水溢流管，地下渗流出水溢流管中的水流入重量法计量水箱，重量法计量水箱上固定制有排空水管阀，重量法计量水箱放置在电子磅秤上，定时记录地下水位和渗流出水重量，以获得渗流的水位和流量过程线；第二自锁式齿轮齿条升降机用于调节地下水位高低，模拟地下水位变化，固定支架将第二自锁式齿轮齿条升降机固定在立面钢构架槽体上；手柄摇动摇杆旋转齿轮带动齿条连接的地下水位调节...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：武周虎，武桂芝，路成刚，李冬桂，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：
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