[0001] 本发明涉及坝基渗流模拟试验技术领域，特别是一种模拟重力坝坝基渗流的可视化试验装置及其使用方法。

[0002] 水库蓄水后，在大坝上下游水位差的作用下，库水会通过坝基岩土中的孔隙和裂隙等通道向下游渗流。当坝基渗流量很大时，不仅会造成库水的损失，也会导致管涌、坝基失稳等危害坝体安全的现象发生。因此，坝基渗流是水利工程建设和安全运行的关键问题。

[0003] 由于坝基渗流发生在地面以下，渗流过程难以实现有效的直接观测。目前，对于坝基渗流的监测技术主要有渗压计监测、热监测以及CT检测等，但这些监测技术无法直接实时观测到渗流的具体过程，性质上仍类似于黑箱模型，不利于开展相关科学研究。

[0004] 此外，坝基渗流是水利工程学科课堂上的重要教学内容，但是由于真实坝基渗流的隐蔽性，一直没有简单有效的试验展示最直观的视觉认知。因此，急需一种试验装置和方法以实现坝基渗流过程的可视化观测。

[0020] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

[0021] 需要说明的是在本发明中：术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作；术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解；例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。并且，部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

[0022] 实施例。一种模拟重力坝坝基渗流的可视化试验装置，参考图1‑3所示，包括水利工程建筑物模型，水利工程建筑物模型的上中部设有重力坝模型1，重力坝模型1底部向下依次设有坝基模型地层一腔室3和坝基模型地层二腔室4；重力坝模型1的底部中心设有防渗帷幕模型2，防渗帷幕模型2穿过坝基模型地层一腔室3并伸入坝基模型地层二腔室4上部；重力坝模型1的左侧为上游并设有上游腔室18，右侧为下游并设有下游腔室；上游腔室
18连接供水组件；下游腔室的侧边设有不同高度的排水孔10，排水孔10旁设有阻水组件。

[0023] 上述水利工程建筑物模型采用亚克力平板材质，重力坝模型1和防渗帷幕模型2前方和后方均紧贴于两块透明亚克力平板，由此构成的重力坝左方空腔为上游，重力坝右方空腔为下游，重力坝下方空腔为坝基模型。坝基模型通过在坝基模型地层一腔室3和坝基模型地层二腔室4中填充与实际工程坝基岩体渗透系数相同的透明土构成；通过改变所填充的透明土粒径和级配就可以实现对不同坝基渗流特性的研究。

[0024] 供水组件包括硅胶管16，上游腔室18经硅胶管16连接抽水泵8；上游腔室18内设有浮球阀5，浮球阀5经过固定板6悬置于上游腔室18；浮球阀5和抽水泵8电性连接继电器7。抽水泵8与浮球阀5通过继电器7连接电源，从而通过硅胶管18实现上游供水。具体的，所述浮球阀5与抽水泵8通过电线均与同一个继电器7相连，当上游水位到达浮球阀5上的浮球位置时，浮球会因水的浮力而上浮，从而使继电器7断开开关，抽水泵8停止抽水；当上游水位低于浮球阀5上的浮球位置时，浮球会在重力作用下落下，从而使继电器7接通开关，抽水泵8开始抽水；通过抽水泵8和浮球阀5的协同作用，实现把上游水位控制在浮球阀5上的浮球所在位置。

[0025] 所述浮球阀5可在上游腔室18顶侧的固定板6中滑动和固定，实现上游水位的控制。具体的，固定板6中间圆孔的直径略大于浮球阀5上部圆杆的直径，所以浮球阀5上部圆杆可在固定板6的圆孔上下移动从而调节浮球阀的高度位置。将浮球阀5调节至目标位置
后，通过固定板6左侧的固定螺丝24对浮球阀5上部圆杆进行挤压式固定。

[0026] 所述抽水泵8设于装水的容器中。容器采用烧杯9。

[0027] 所述阻水组件包括于水利工程建筑物模型侧边设置的滑动槽12，滑动槽12中设有滑动阻水板11，滑动阻水板11堵设于排水孔10上。排水孔10有多个且位于不同高程，通过滑动阻水板11封堵排水孔10的数量和位置可以实现下游水位的控制。滑动槽12的厚度略大于滑动阻水板11的厚度，所以滑动阻水板11可在滑动槽12中自由滑动；滑动阻水板11在滑动槽12中滑动至目标位置后，拧紧固定螺丝A13对滑动阻水板11进行挤压式固定即可。

[0028] 通过固定上游浮球阀5的位置和下游滑动阻水板11的位置，可实现上下游水位差的固定，从而开展恒定水位差下的坝基渗流试验；通过改变上游浮球阀5的位置和下游滑动阻水板11的位置，可以实现对上下游水位差的改变，从而开展水位差的大小对坝基渗流过程的影响的研究。

[0029] 所述水利工程建筑物模型旁设有补光灯22和相机20，相机20连接计算机21。相机20安装在水利工程建筑物模型的正前方，左右两个补光灯22照向水利工程建筑物模型进行补光，实现相机20的清晰拍摄，相机20通过数据线与计算机21连接，从而实现坝基渗流过程的实时观测与记录。

[0030] 实际工程中重力坝是混凝土材料，防渗帷幕一般也是混凝土材料，所以重力坝坝体和防渗帷幕渗透性低。透明亚克力板不透水，可用于重力坝模型1和防渗帷幕模型2的制作。根据防渗帷幕的深浅，防渗帷幕可以划分为深层帷幕和浅层帷幕，所以通过更改防渗帷幕2的长度就可以更改防渗帷幕类型。

[0031] 通过上述技术实施时，所述重力坝模型1和防渗帷幕模型2材料为透明亚克力板，防渗帷幕模型2位于重力坝模型1下方，重力坝模型1和防渗帷幕模型2前方和后方各用光固化胶粘贴一块长为300mm，高为210mm，厚度为20mm的透明亚克力板，重力坝模型1和防渗帷幕模型2在透明亚克力板的中间位置。前后方的两块透明亚克力板的左侧、右侧和底侧用透明亚克力板进行连接，由此构成的重力坝模型1左方空腔为上游，重力坝模型1右方空腔为下游，重力坝模型1下方空腔为坝基模型。坝基模型由坝基模型地层一腔室3和坝基模型地层二腔室4内填充两层渗透系数不同的透明土材料，厚度均为5mm，较小的厚度有利于实现渗流路径的可视化。在透明土材料填充过程中，在上游侧的坝基模型的一列中每隔一定深度插入一颗红色固体染料颗粒，用以对通过固体染料颗粒的水进行染色，从而实现流体渗流路径的实时可视化观测，如图3所示是坝基模型3的一个截面，其中灰色圆代表红色固体染料颗粒。排水孔10长为10mm，宽为5mm，且在下游侧的不同高程位置上共设置了五个排水孔。滑动阻水板10材料为透明亚克力板，高为100mm，宽为50mm，厚为5mm，滑动阻水板11可在滑动槽12中滑动，从而实现对不同排水孔的封堵，即实现对下游水位的控制。例如，当滑动阻水板11只封堵最低高程处的排水孔时，下游水会从高程倒数第二低的排水孔中排出，即下游水位控制在高程倒数第二低的排水孔处。

[0032] 采用上述装置，坝基渗流演示的可视化试验方法的简要步骤如下：S1:按照上述结构进行装置组装，组装时向坝基模型地层一腔室3和坝基模型地层
二腔室4填入不同渗透系数的透明土，装入透明土时在上游侧某一列位置每隔一定深度插入一颗固体染料颗粒；
S2：通过固定板6将浮球阀5固定在上游腔室18的待模拟的上游水位；
S3：在滑动槽12中移动滑动阻水板11，使滑动阻水板11将部分排水孔10进行封堵，
留出高度超过下游排水水位的排水孔10；
S4：启动抽水泵8从容器抽水，水经过硅胶管16进入上游腔室18，上游腔室18内水
位到达浮球阀5位置，继电器7断开使抽水泵8停止抽水；上游腔室18内水位低于浮球阀5位置，继电器7接通使抽水泵8开始抽水；从而将上游水位控制在浮球阀5所在位置；
S5：上游腔室18内的水经过重力坝模型1、防渗帷幕模型2、透明土的渗流会从下游
排水孔10排出，渗流过程中固体染料颗粒可对水进行染色，示出流体渗流路径，通过相机20和计算机21实时观测并记录坝基渗流过程，即可完成上、下游恒定水位差的重力坝坝基渗流试验。

[0033] 显然，以上所述仅为本发明的一部分的实施例，而不是全部的实施例。以上实施例并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，本领域普通技术人员可作出的任何组合、修改、等同替换、改进等所有其他实施例，都应当在本发明的保护范围之内。