Экспериментальная установка для изучения параметров безнапорной фильтрации грунтовых плотин

Полезная модель относится к области экспериментальных исследований и может применяться в качестве установки для обучения специалистов в области водохозяйственного строительства.
Наиболее близкой по своей технической сущности является экспериментальная установка для изучения параметров безнапорной фильтрации грунтовых плотин включающая металлический лоток, размещенную в нем насыпную грунтовую плотину, разделяющую лоток на два резервуара один со стороны верхнего бьефа, а другой со стороны нижнего бьефа, водоотводящий трубопровод, соединенный с размещенными в резервуарах лотка водосбросными патрубками, размещенные в теле плотины пьезометры, мерные линейки, диафрагмы и водоприемники (RU 2657688, 21.06.2017).
Задачей решаемой настоящей полезной моделью является повышение наглядности процесса и уменьшение погрешности расчета параметров фильтрации грунтовых плотин.
Техническая сущность достигается тем, что значительная площадь поверхности сетки и больший диаметр позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление на пути фильтрации до пьезометров.
Настоящая задача решается тем, что в экспериментальной установке для изучения параметров безнапорной фильтрации грунтовых плотин, включающей металлический лоток, размещенную в нем насыпную грунтовую плотину, разделяющую лоток на два резервуара один со стороны верхнего бьефа, а другой со стороны нижнего бьефа, водоотводящий трубопровод, соединенный с размещенными в резервуарах лотка водосбросными патрубками, размещенные в теле плотины пьезометры, мерные линейки, диафрагмы и водоприемники, водосбросной патрубок, размещенный в резервуаре за плотиной, выполнен с возможностью изменения положения по высоте, а вокруг водоприемников размещена латунная сетка, при этом сетка установлена на упорных кольцах, охватывающих водоприемник.
На фиг. 1 представлена схема установки.
На фиг. 2 разрез по А-А.
На фиг. 3 узел А увеличенный.
Установка состоит из металлического лотка 1, выполненного с прозрачной лицевой стенкой 2, разделенного грунтовой плотиной 3 на две части 4 и 5, одна из которых 4 имитирует верхний бьеф, а 5 нижний бьеф. Над металлическим лотком 1 со стороны верхнего бьефа 4 размещен водопроводный кран 6. Для исключения перелива воды в отсеке 4 с верхнем бьефом установлен патрубок 7 ее автоматического сброса, а для удержания ее в нужных пределах в отсеке нижнего бьефа размещен регулируемый по высоте водосбросной патрубок 8. Для регулирования сползания откоса плотины и предохранение ее от размыва в корпусе со стороны верхнего бьефа устанавливается водопропуекающая перегородка 9. Со стороны нижнего бьефа 5 в теле плотины 3 на определенном расстоянии друг от друга по мере уменьшения ее высоты размещаются диафрагмы 10, пьезометры 11, соединенные водоприемниками 12, и мерные линейки 13. Поперек днища установки по мере снижения естественного откоса грунтовой плотины 3, в слое песка 1 4, в каждым водоприемнике пьезометра 11 установлена латунная сетка 15, внутри которой размещены упорные кольца 16 для предупреждения ее смятия и придания ей круглой формы. Каждая внутренняя полость латунной сетки 15 соединена с водоприемной трубкой 17, которая через тройник соединена с одной стороны с водоприемником пьезометром 11, а с другой через кран 18 со сливом. Для удаления перелива воды канал 7 и регулируемый по высоте водопропускной канал 8 соединены со сливом 19 в канализацию. Водоприемники 12 на своей поверхности имеют отверстия 20. Под позицией 21 обозначена кривая депрессии.
Пример конкретного выполнения. Экспериментальная установка представляет собой плоский металлический лоток 1, лицевая стенка 2 которого выполнена из оргстекла. Внутри лотка отсыпается однородная из песка с откосами плотина, равная размерами натуральной плотины, но уменьшенная в 100 раз, т.е. масштабом 1:100. Для изучения процесса фильтрации и постановки эксперимента предусмотрены два варианта дренажей: дренажный банкет из щебня фракции 5-10 мм с обратным фильтром и трубчатый с водоприемниками, расположенными на различном расстоянии относительно верхнего бьефа.
В лотке на расстоянии 0,8 м от начала верхового откоса через определенные промежутки уложены на дно водоприемники пьезометра. Каждый водоприемник 12 выполнен из двух полипропиленовых трубок соединенных между собой посредством тройника.
Чтобы предотвратить кольматацию водоприемников 12, каждый их участок перекрыт мелкоячеистой латунной сеткой 15 пропаянной по ее продольному шву. Для просачивания воды в каждом водоприемнике по всей его длине сверлится порядка 100 отверстий. Такое количество отверстий позволяет значительно снизить гидравлическое сопротивление на пути фильтрации до пьезометров.
Кран 18 позволяет сливать воду из любого водоприемника, что дает возможность определения фильтрационных расходов.
Питание экспериментальной установки осуществляется из водопроводной сети посредством водопроводного крана 6.
1
2
д
1
гр
пл
1
2
3
Изучение фильтрации в теле грунтовой плотины производится после того, как будет наблюдаться установившийся фильтрационный режим. В начале построения кривой депрессии проводят измерения параметров модели грунтовой плотины H - уровень воды в верхнем бьефе, Н - уровень воды в нижнем бьефе, В - ширина гребня дренажной призмы, (h - высота дренажной призмы, b - ширина грунтовой плотины по гребню, В - ширина лотка, Н высота плотины, m, m, m - коэффициенты заложения верхнего и нижнего откоса и коэффициент заложения дренажного банкета как и другие значения взятые в скобки на фиг. не показаны).
Установка многовариантная, включающая несколько трубчатых и один банкетный дренаж, выполнена в одном корпусе и позволяет изучать безнапорную фильтрацию в различных режимах.