CN106353068B - 一种流路可调的泥石流模拟试验系统 - Google Patents
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Abstract
一种流路可调的泥石流模拟试验系统，包括仪器台、流通槽、堆积板和用于放置模拟泥石流材料的材料箱，所述材料箱位于仪器台上，所述材料箱的出口与所述流通槽的上端入口相接，所述流通槽的下端出口与所述堆积板入口相接，所述仪器台位于用于带动仪器台升降的主升降机构上，所述流通槽由上下相接的槽管片连接而成，上下相邻的槽管片相互拼接且可相互上下左右转动，所述槽管片的下端安装流通槽支架。本发明提供了一种仿真性能较好的流路可调的泥石流模拟试验系统。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程领域，主要用于模拟泥石流灾害的运动过程，适用于不同地区泥石流的灾害预测、预警、防治研究，涉及一种泥石流模拟试验系统。
背景技术
泥石流是一种山区频繁发生的地质灾害，其爆发突然，破坏能力巨大，严重威胁着人民的生命财产安全，是急需解决的关键地质灾害之一。
泥石流运动的相关参数主要采用现场观测的方法选取，但泥石流的发生频率较低、发生分布范围广，规模有大有小，观测的数据不具有普适性，而且很难追踪到正在发生的泥石流，个别的观测数据难以预测未来泥石流的发生。基于此，国内外学者进行了大量的室内试验，研究泥石流运动与坡度、运动轨迹、摩擦力、能量损失等之间的关系，这些研究在泥石流的预测和防灾中发挥了关键作用。真实的泥石流灾害在运动时轨迹错综复杂，但目前室内试验研究中泥石流运动轨迹较为单一，多为直线运动，或只对泥石流运动坡度做少量改变，因而急需研制一种可模拟泥石流真实运动轨迹的试验系统来深入研究地形条件对泥石流运动的影响。
发明内容
为了克服已有泥石流模拟试验仿真性较差的不足,本发明提供了一种仿真性能较好的流路可调的泥石流模拟试验系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种流路可调的泥石流模拟试验系统，包括仪器台、流通槽、堆积板和用于放置模拟泥石流材料的材料箱，所述材料箱位于仪器台上，所述材料箱的出口与所述流通槽的上端入口相接，所述流通槽的下端出口与所述堆积板入口相接，所述仪器台位于用于带动仪器台升降的主升降机构上，所述流通槽由上下相接的槽管片连接而成，上下相邻的槽管片相互拼接且可相互上下左右转动，所述槽管片的下端安装流通槽支架。
进一步，上下相邻的槽管片的拼接处由球型卡口连接，即槽管片的一端设有孔扣，另一端设置球型卡口，孔扣与球型卡口匹配。当然，也可以采用其他链接方式，只要能够实现一定角度相互上下左右转动即可。
再进一步，每隔一个槽管片的下方设置一个可升降的流通槽支架，所述流通槽支架下安装滑轮。间隔设置是一种常用的选择方式，当然，所述流通槽支架也可以根据需要不规则的间隔设置。
优选的，所述流通槽支架为简易手摇升降装置。该处的流通槽支架是具有升降功能，便于实现与实际山体的形状匹配，当然，也可以选择其他升降机方式。
更进一步，所述流通槽上铺装流通槽铺装层，所述铺装层包括用于改变槽内壁的粗糙度和摩擦阻力的自选材料层。这是为了适用于实际山体的表面情况。
优选的，所述铺装层还包括橡胶垫层，所述橡胶垫层位于所述流通槽的上表面，所述自选材料层位于所述橡胶垫层上。
所述材料箱的前端通过铰接螺旋与连接槽连接，所述连接槽与所述流通槽相接，所述连接槽设置流通槽阀门。这是一种优选的连接方式。
所述材料箱的后端底部连接在次升降机构上，所述次升降机构安装在仪器台上。这个结构可以让材料箱具有不同的倾斜度，便于模拟泥石流发生前的不同地形情况。
所述主升降机构包括四根螺旋柱、电机和升降套件，所述仪器台套装在螺旋柱上，所述仪器台与由电机驱动的升降套件连接，所述四根螺旋柱的底部安装在支撑平台上，所述四根螺旋柱的顶部安装在固定板上。这是一种优选的升降方式，当然，也可以选用其他。
所述流通槽上安装流速测量仪、冲击力测量仪和孔压测量仪，所述流通槽的中段、下段的上方以及堆积板的后端的上方分别安装高速摄像机，所述的流速测量仪、冲击力测量仪、孔压测量仪和高速摄像机连接到控制中心。
本发明中，配置一定粒度成分的固体颗粒，通过搅拌调制具有一定浆液浓度的模拟泥石流材料，将仪器台调至最低位置，并将配置好的模拟泥石流材料倒入材料箱内；调节仪器台到需要的高度，安装流通槽，根据试验需求调节槽管片，可安装成不同的坡度、路径、长度；在流通槽上放置铺装层，以防水并模拟真实地表的粗糙度以及摩擦阻力；打开材料槽的阀门，模拟泥石流材料通过流通槽流到堆积板上；孔压测量仪与流速测量仪设置在流通槽内，监测泥石流的孔隙水压力、流速流量参数，冲击力测量仪设置在堆积板上，检测泥石流的冲击力；通过高速摄像机拍摄泥石流的运动和堆积过程，用于后续定量分析；控制中心接收各种仪器传回的数据，用于后续解析得到泥石流的动力学参数。
本发明所取得有益效果为：
1、本发明可通过调节仪器台的高度、槽管片的数量和槽管片的方向任意设置泥石流运动的高度、坡度、曲折路径，建立不同地形条件下泥石流运动的试验模型，对预测泥石流的发展与成灾具有很好的指示作用。
2、本发明可改变流通槽铺装层的材料来模拟各种真实地表具有的摩擦力等性质，让试验环境更接近于实际。
附图说明
图1为本发明的结构测试图；
图2为本发明的结构俯视图；
图3为槽管片样图；
图4为槽管片俯视图。
其中，1控制中心，2支撑平台，3次升降机构，4仪器台，5铰接螺栓，6手摇升降机，7流通槽，8材料箱，9阀门，10连接槽，11铺装层，11(a)自选材料层，11(b)橡胶垫层，12一号高速摄像机，13槽管片，13(a)孔扣，13(b)球型卡口,14二号高速摄像机，15堆积板，16三号高速摄像机，17螺旋柱，18固定板，19孔压测量仪，20流量流速测量仪，21冲击力测量仪。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图4，一种流路可调的泥石流模拟试验系统，包括仪器台4、流通槽7、堆积板15和用于放置模拟泥石流材料的材料箱8，所述材料箱8位于仪器台4上，所述材料箱8的出口与所述流通槽7的上端入口相接，所述流通槽7的下端出口与所述堆积板15入口相接，所述仪器台4位于用于带动仪器台升降的主升降机构上，所述流通槽7由上下相接的槽管片13连接而成，上下相邻的槽管片13相互拼接且可相互上下左右转动，所述槽管片13的下端安装流通槽支架。
进一步，上下相邻的槽管片13的拼接处由球型卡口连接，即槽管片的一端设有孔扣13(a)，另一端设置球型卡口13(b)，孔扣与球型卡口匹配。当然，也可以采用其他链接方式，只要能够实现一定角度相互上下左右转动即可。
再进一步，每隔一个槽管片13的下方设置一个可升降的流通槽支架6，所述流通槽支架6下安装滑轮。间隔设置是一种常用的选择方式，当然，所述流通槽支架也可以根据需要不规则的间隔设置。
优选的，所述流通槽支架6为简易手摇升降装置。该处的流通槽支架是具有升降功能，便于实现与实际山体的形状匹配，当然，也可以选择其他升降机方式。
更进一步，所述流通槽上铺装流通槽铺装层11，所述铺装层包括用于改变槽内壁的粗糙度和摩擦阻力的自选材料层11(a)。这是为了适用于实际山体的表面情况。
优选的，所述铺装层还包括橡胶垫层11(b)，所述橡胶垫层位于所述流通槽的上表面，所述自选材料层位于所述橡胶垫层上。
所述材料箱8的前端通过铰接螺旋5与连接槽10连接，所述连接槽10与所述流通槽7相接，所述连接槽设置流通槽阀门9。这是一种优选的连接方式。
所述材料箱8的后端底部连接在次升降机构3上，所述次升降机3构安装在仪器台4上。这个结构可以让材料箱具有不同的倾斜度，便于模拟泥石流发生前的不同地形情况。
所述主升降机构包括四根螺旋柱17、电机和升降套件，所述仪器台套装在螺旋柱上，所述仪器台与由电机驱动的升降套件连接，所述四根螺旋柱的底部安装在支撑平台2上，所述四根螺旋柱的顶部安装在固定板18上。这是一种优选的升降方式，当然，也可以选用其他。
所述流通槽7上安装流速测量仪20、冲击力测量仪21和孔压测量仪19，所述流通槽的中段、下段的上方以及堆积板的后端的上方分别安装高速摄像机(一号高速摄像机12、二号高速摄像机14、三号高速摄像机16)，所述的流速测量仪20、冲击力测量仪21、孔压测量仪和高速摄像机连接到控制中心。
所述的材料箱8放置于仪器台4上，与连接槽10由铰接螺栓连接，材料箱另一侧放置于次升降机构3上；所述仪器台由四根螺旋柱固定，可上下调节高度；所述的材料箱8与流通槽7上端之间由连接槽10相连，连接处设置流通槽阀门9；流通槽7的下端与堆积板15相连。
所述的流通槽7由若干U形槽管片13组成，槽管片13由不锈钢材料制成，可以相互拼接，拼接处由球型卡口连接，可在一定角度内上下左右转动。
所述的流通槽支架为简易手摇升降装置，每隔一个槽管片13下设置一个支架，支架下有可固定的滑轮，可在水平面内自由变换位置。
所述的流通槽铺装层11包括下部的橡胶垫层11(b)和上部的自选材料层11(a)，所述橡胶垫层11(b)用于防水和填充槽管片之间的空隙，所述自选材料层11(a)用于改变槽内壁的粗糙度和摩擦阻力。
所述的螺旋升降装置17升降范围在1—10m内，通过控制中心调节高度。
所述的流速流量测量仪20、冲击力测量仪19、孔压测量仪21连接到控制中心1接收数据。
所述的高速摄像系统由一号高速摄像机12，二号高速摄像机14，三号高速摄像机16以及图像储存装置组成。
本实施例的一个具体应用：通过现场调查得到一个泥石流滑动轨迹的三维地形数据；将材料箱调至最低处，将配置好的具有一定浆液浓度的模拟泥石流材料倒入材料箱中；根据地形数据中泥石流的总高度和缩尺比例，将仪器台调节到对应的高度处；从连接槽处开始拼接槽管片，基于三维地形数据，通过调节手摇升降机的高度和在平面上的位置，得到和现场一致的流动路径；根据现场调查数据选择铺装层材料，在流通槽内铺上铺装层，以模拟现场的粗糙度以及摩擦阻力；安装孔压测量仪、流速流量测量仪、冲击力测量仪和高速摄像系统；打开材料箱的阀门，模拟泥石流材料通过流通槽流到堆积板上；通过高速摄像机拍摄泥石流的运动和堆积过程；控制中心接收孔压测量仪、流速流量测量仪、冲击力测量仪和高速摄像机传回的数据，解析得到泥石流的动力学参数。
Claims (6)
1.一种流路可调的泥石流模拟试验系统，包括仪器台、流通槽、堆积板和用于放置模拟泥石流材料的材料箱，所述材料箱位于仪器台上，所述材料箱的出口与所述流通槽的上端入口相接，所述流通槽的下端出口与所述堆积板入口相接，其特征在于：所述仪器台位于用于带动仪器台升降的主升降机构上，所述流通槽由上下相接的槽管片连接而成，上下相邻的槽管片相互拼接且可相互上下左右转动，所述槽管片的下端安装流通槽支架；上下相邻的槽管片的拼接处由球型卡口连接；每隔一个槽管片的下方设置一个可升降的流通槽支架，所述流通槽支架下安装滑轮；所述流通槽支架为简易手摇升降装置；所述流通槽上铺装流通槽铺装层，所述铺装层包括用于改变槽内壁的粗糙度和摩擦阻力的自选材料层；基于泥石流滑动轨迹的三维地形数据，通过调节手摇升降装置的高度和在平面上的位置得到和现场一致的流动路径；通过调节仪器台的高度、槽管片的数量和槽管片的方向任意设置泥石流运动的高度、坡度、曲折路径，建立不同地形条件下泥石流运动的试验模型。
2.如权利要求1所述的流路可调的泥石流模拟试验系统，其特征在于：所述铺装层还包括橡胶垫层，所述橡胶垫层位于所述流通槽的上表面，所述自选材料层位于所述橡胶垫层上。
3.如权利要求1所述的流路可调的泥石流模拟试验系统，其特征在于：所述材料箱的前端通过铰接螺旋与连接槽连接，所述连接槽与所述流通槽相接，所述连接槽设置流通槽阀门。
4.如权利要求3所述的流路可调的泥石流模拟试验系统，其特征在于：所述材料箱的后端底部连接在次升降机构上，所述次升降机构安装在仪器台上。
5.如权利要求1所述的流路可调的泥石流模拟试验系统，其特征在于：所述主升降机构包括四根螺旋柱、电机和升降套件，所述仪器台套装在螺旋柱上，所述仪器台与由电机驱动的升降套件连接，所述四根螺旋柱的底部安装在支撑平台上，所述四根螺旋柱的顶部安装在固定板上。
6.如权利要求1所述的流路可调的泥石流模拟试验系统，其特征在于：所述流通槽上安装流速测量仪、冲击力测量仪和孔压测量仪，所述流通槽的中段、下段的上方以及堆积板的后端的上方分别安装高速摄像机，所述的流速测量仪、冲击力测量仪、孔压测量仪和高速摄像机连接到控制中心。
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