土石堤坝溃坝离心模型试验分析方法

摘要

一种土石堤坝溃坝离心模型试验分析方法，其特征是包括以下步骤：步骤1）设置土石坝溃坝试验专用模型箱；步骤2）利用离心机的工作原理和应力相似准则，得道土石堤坝原型与1/N缩尺的离心试验模型在Ng离心加速度条件下，使得模型与原型的线性尺寸比为1/N，模型与原型覆土应力一致；步骤3）根据渗流相似准则，得到离心模型土的渗透系数是原型土的渗透系数的N倍；步骤4）根据剪应力相似准则，将模型无粘性土石料的颗粒粒径较原型缩小N倍；步骤5）利用水流相似准则，得到土石堤坝溃坝离心模型试验中常用物理量的相似准则。本发明不受场地的限制和制约，试验过程中无需占用大量的土地和水资源，具有费用低、耗时短的优点。

主权项

一种土石堤坝溃坝离心模型试验分析方法，其特征是包括以下步骤：步骤1）设置土石坝溃坝试验专用模型箱，模型箱内设置上有堤坡、下游堤坡和下游河道段，箱内布置管道承接水流控制系统来水量，管道出水端设有滤网以防大的漂浮物进入模型箱内，同时在管道上安装有电磁式流量计，以实时记录来水流量Q_in，下游出水即为溃坝水流，为了测量溃坝流量过程，在模型箱右端设置一矩形堰口，堰口顶端最薄处为2mm，夹角30度，通过堰口前水位计测量堰口以上的水头h₂，利用堰流流量公式计算得到溃坝流量过程，计算所需的流量系数m，则通过离心机流量试验事先标定获得；步骤2）利用离心机的工作原理和应力相似准则，在确定原型与模型几何尺寸的比值N（即几何相似比，又称几何比尺）后，得到土石堤坝原型与1/N缩尺的离心试验模型在Ng离心加速度条件下，使得模型与原型的线性尺寸比为1/N，模型与原型两者覆土应力一致；步骤3）根据渗流相似准则，得到离心模型土的渗透系数是原型土的渗透系数的N倍；步骤4）根据剪应力相似准则，将模型无粘性土石料的颗粒粒径较原型缩小N倍步骤5）利用水流相似准则，得到土石堤坝溃坝离心模型试验中常用物理量的相似准则可由表1给出，在几何比尺N值确定后，其它物理量相似比随即确定。通常N取值范围在30～150之间。表1土石堤坝溃坝离心模型试验中常用物理量相似准则物理量名称相似比Ng重力模型  （原型量/模型量）长度δ_lN流速δ_v1流量δ_aN²时间δ_tN质量δ_mN³密度δ_ρ1力δ_FN²应力、压强δ_P1加速度δ_a1/N渗透系数δ_kN无粘性土石料粒径δ_dN