CN108287229A - 一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥石流沟道侵蚀室内模拟试验系统，通过传送带、水箱、抽水装置和搅拌机，可将一定粒度成分的土样配制成为一定体积浓度的泥石流体，采用六台升降机组成的升降系统调节三段流通槽的坡度及高度，可控制泥石流的运动坡度、跌水高度和陡坎坡度，模拟不同流通区坡度、跌水高度、陡坎坡度和不同厚度侵蚀基床条件下泥石流流体对沟道基床的侵蚀过程，通过三维激光扫描仪、超声波传感器监测记录泥石流流体对侵蚀基床的侵蚀高度及侵蚀量，通过孔压测试装置、流速流量测试装置和高速摄像机实时监测泥石流的侵蚀运动过程及其动力学参数。

Description

一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统

技术领域

本发明涉及一种关于泥石流的室内模拟试验系统，具体是一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统。

背景技术

泥石流是山区暴发的介于块体运动与挟沙水流之间的“固气液”三相流，因其突发性强、难以防治的特点而危害巨大。

泥石流对沟道的侵蚀破坏作用比一般水流强烈，其破坏力主要表现在泥石流的侵蚀、搬运和堆积能力上。其中侵蚀能力是前提和根本，通过不断的侵蚀和挟带，泥石流积聚了搬运堆积的能力，增大了危害性。因此，获取泥石流运动过程中对流通沟道内松散物质的侵蚀程度，研究泥石流沟道侵蚀机理及过程，对于泥石流灾害的预测预防，以及泥石流危害范围预测具有重要意义。

现有泥石流沟道侵蚀模拟试验大多基于普通的泥石流模拟试验系统，试验槽为单一的斜直的流通槽，通过在槽底铺设不同厚度形状的土样来模拟实际沟底松散堆积物。无法模拟泥石流沟道中跌水高度和陡坎坡度对沟道侵蚀过程的影响作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，包括工作台、水箱、传送带、运料箱、固定漏斗、搅拌机、第一段流通槽、第二段流通槽、第三段流通槽、抽水装置、孔压测试装置、超声波传感器、流速流量测试装置、尾料桶、一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机、六号升降机、高速摄像机、三维激光扫描仪和接收控制主机，所述搅拌机位于工作台顶部，工作台前侧面通过钢架支撑固定漏斗，传送带设置在工作台后侧面，运料箱通过传送带与工作台顶部的搅拌机相连，水箱设置在工作台右侧面，能够通过抽水装置将水抽送到搅拌机，所述第一段流通槽和第二段流通槽底部为轴接的螺纹钢板，螺纹钢板能够沿流通槽底端360度旋转，第一段流通槽底端的能够旋转螺纹钢板与第二段流通槽相接，第二段流通槽底端的可旋转螺纹钢板与第三段流通槽相接，所述一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机和六号升降机构成泥石流沟道侵蚀模拟试验的整体升降系统，通过接收控制主机分别对一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机和六号升降机进行控制，其中一号升降机和二号升降机位于第一段流通槽顶部和底部，用于改变第一段流通槽的高度和坡度，三号升降机和四号升降机位于第二段流通槽顶部和底部，用于改变第二段流通槽的高度和坡度，可实现第一段流通槽与第二段流通槽间的跌水高度和陡坎坡度的模拟，五号升降机和六号升降机位于第三段流通槽的顶部和底部，模拟不同坡度情况下的泥石流体对流通槽沟底堆积物的侵蚀过程的研究，所述超声波传感器有四个，且四个超声波传感器分别设置在第一段流通槽近末端螺纹钢板陡坎前、第一段流通槽螺纹钢板陡坎下部与第二段流通槽连接点下游侧、第二段流通槽近末端螺纹钢板陡坎前及第二段流通槽螺纹钢板陡坎下部与第三段流通槽连接点下游侧。

作为本发明进一步的方案：所述的搅拌机出料口与固定漏斗相接，固定漏斗正下方为第一段流通槽的起点。

作为本发明再进一步的方案：所述第一段流通槽、第二段流通槽和第三段流通槽均布设孔压测试装置和流速流量测试装置。

作为本发明再进一步的方案：所述第三段流通槽末端还设置有尾料桶，用于收集侵蚀流通区碎屑物后的泥石流体。

作为本发明再进一步的方案：所述尾料桶的后侧设置有三维激光扫描仪，且三维激光扫描仪正对第三段流通槽的位置。

作为本发明再进一步的方案：所述第一段流通槽近末端、第二段流通槽顶端和底端、第三段流通槽旁通过支架均安装有高速摄像机，且三维激光扫描仪前、尾料桶后侧，正对第三段流通槽的位置通过高支架设置高速摄像机，俯瞰三段流通槽。

作为本发明再进一步的方案：所述高速摄像机、三维激光扫描仪、超声波传感器、孔压测试装置、流速流量测试装置与接收控制主机相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可在室内完成泥石流的沟道侵蚀过程，避免了现场泥石流沟道侵蚀过程监测的难度，另外，可为泥石流沟道侵蚀量计算方法的计算结果提供实验验证，本发明考虑了影响泥石流沟道侵蚀过程的众多因素，可研究不同流通槽坡度、跌水高度和陡坎坡度、沟道碎屑物粒度成分、沟道碎屑物厚度、泥石流流体体积浓度对泥石流沟道侵蚀的影响，建立泥石流沟道侵蚀过程与不同影响因素之间的关系，分析泥石流流体对沟道松散物质的侵蚀机理，对预测沟道侵蚀型泥石流的运移与成灾具有很好的指示作用。

附图说明

图1为一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统的侧视图结构示意图。

图2为一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统中俯视图的结构示意图。

图3为一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统中流通槽立体图的结构示意图。

图中：11工作台，12水箱，13传送带，14运料箱，15固定漏斗，16搅拌机，21第一段流通槽，31第二段流通槽，41第三段流通槽，17抽水装置，65孔压测试装置，63超声波传感器，64流速流量测试装置，5尾料桶，22一号升降机，23二号升降机，32三号升降机，33四号升降机，42五号升降机，43六号升降机，61高速摄像机，62三维激光扫描仪，6接收控制主机。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1～3，本发明实施例中，一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，包括工作台11、水箱12、传送带13、运料箱14、固定漏斗15、搅拌机16、第一段流通槽21、第二段流通槽31、第三段流通槽41、抽水装置17、孔压测试装置65、超声波传感器63、流速流量测试装置64、尾料桶5、一号升降机22、二号升降机23、三号升降机32、四号升降机33、五号升降机42、六号升降机43、高速摄像机61、三维激光扫描仪62和接收控制主机6，所述搅拌机16位于工作台11顶部，工作台11前侧面通过钢架支撑固定漏斗15，传送带13设置在工作台11后侧面，运料箱14通过传送带13与工作台11顶部的搅拌机16相连，水箱12设置在工作台11右侧面，能够通过抽水装置17将水抽送到搅拌机16。

所述第一段流通槽21和第二段流通槽31底部为轴接的螺纹钢板，模拟具有一定糙率的沟道，螺纹钢板能够沿流通槽底端360度旋转，第一段流通槽21底端的能够旋转螺纹钢板与第二段流通槽31相接，第二段流通槽31底端的可旋转螺纹钢板与第三段流通槽41相接。

所述一号升降机22、二号升降机23、三号升降机32、四号升降机33、五号升降机42和六号升降机43构成泥石流沟道侵蚀模拟试验的整体升降系统，通过接收控制主机6分别对一号升降机22、二号升降机23、三号升降机32、四号升降机33、五号升降机42和六号升降机43进行控制，其中一号升降机22和二号升降机23位于第一段流通槽21顶部和底部，用于改变第一段流通槽21的高度和坡度，三号升降机32和四号升降机33位于第二段流通槽31顶部和底部，用于改变第二段流通槽31的高度和坡度，可实现第一段流通槽21与第二段流通槽31间的跌水高度和陡坎坡度的模拟，五号升降机42和六号升降机43位于第三段流通槽41的顶部和底部，模拟不同坡度情况下的泥石流体对流通槽沟底堆积物的侵蚀过程的研究。

所述超声波传感器63有四个，且四个超声波传感器63分别设置在第一段流通槽21近末端螺纹钢板陡坎前、第一段流通槽21螺纹钢板陡坎下部与第二段流通槽31连接点下游侧、第二段流通槽近末端螺纹钢板陡坎前及第二段流通槽31螺纹钢板陡坎下部与第三段流通槽41连接点下游侧，通过超声波传感器63监测泥石流流体在流通槽不同部位的侵蚀深度。

所述的搅拌机16出料口与固定漏斗15相接，固定漏斗15正下方为第一段流通槽21的起点。

所述第一段流通槽21、第二段流通槽31和第三段流通槽41均布设孔压测试装置65和流速流量测试装置64，孔压测试装置65和流速流量测试装置64分别监测泥石流流体侵蚀流通槽内碎屑物质前后的孔隙水压力和流速流量参数。

所述第三段流通槽41末端还设置有尾料桶5，用于收集侵蚀流通区碎屑物后的泥石流体，测试侵蚀后泥石流流体的体积浓度。

所述尾料桶5的后侧设置有三维激光扫描仪62，且三维激光扫描仪62正对第三段流通槽41的位置，通过三维激光扫描仪62扫描建立整个流通槽内碎屑物质被泥石流体侵蚀前后的表面模型，用于计算泥石流流体对流通槽内不同粒度成分碎屑物质的侵蚀量。

所述第一段流通槽21近末端、第二段流通槽31顶端和底端、第三段流通槽41旁通过支架均安装有高速摄像机61，且三维激光扫描仪62前、尾料桶后侧，正对第三段流通槽41的位置通过高支架设置高速摄像机61，俯瞰三段流通槽，拍摄记录泥石流流体不同时刻的运动侵蚀过程。

所述高速摄像机61、三维激光扫描仪62、超声波传感器63、孔压测试装置65、流速流量测试装置64与接收控制主机6相连，接收控制主机6接收并分析超声波传感器63、孔压测试装置65、流速流量测试装置64和高速摄像机61传回的数据，解译得到泥石流侵蚀参数和动力学参数。

本发明的工作原理是：首先运料箱14内的一定颗粒级配的土样通过传送带13运到工作台11顶部的搅拌机16中，再通过抽水装置17将水箱12内的水抽送到搅拌机16内，搅拌形成一定体积浓度的泥石流流体，第一段流通槽21、第二段流通槽31和第三段流通槽41底部铺设一定厚度的松散土样，模拟沟道内的可侵蚀基床，一定体积浓度的泥石流体通过三段流通槽后，携带走一部分流通槽内的松散土样进入尾料桶5，通过调节一号升降机22和二号升降机23控制第一段流通槽21的坡度和相对于第二段流通槽31的跌水高度及旋转螺纹钢板的角度所对应的陡坎的坡度，通过调节三号升降机32和四号升降机33控制第二段流通槽31的坡度和相对于第三段流通槽41的跌水高度及旋转螺纹钢板的角度所对应的陡坎的坡度，通过调节五号升降机42和六号升降机43控制第三段流通槽41的坡度，模拟不同沟道坡度、跌水高度和陡坎坡度，尾料桶5收集的泥石流体用于测试侵蚀后泥石流流体的体积浓度，超声波传感器63、孔压测试装置65、流速流量测试装置64布设在三段流通槽内，实时监测泥石流流体运动中对流通槽内碎屑物质的侵蚀高度、孔隙水压力和流速流量参数，高速摄像机61、三维激光扫描仪62、与接收控制主机6相连。接收控制主机接收并分析超声波传感器、孔压测试装置、流速测试装置和高速摄像机传回的数据，解译得到泥石流侵蚀参数和动力学参数。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，包括工作台、水箱、传送带、运料箱、固定漏斗、搅拌机、第一段流通槽、第二段流通槽、第三段流通槽、抽水装置、超声波传感器、一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机和六号升降机，其特征在于，所述搅拌机位于工作台顶部，工作台前侧面通过钢架支撑固定漏斗，传送带设置在工作台后侧面，运料箱通过传送带与工作台顶部的搅拌机相连，水箱设置在工作台右侧面，能够通过抽水装置将水抽送到搅拌机，所述第一段流通槽和第二段流通槽底部为轴接的螺纹钢板，螺纹钢板能够沿流通槽底端360度旋转，第一段流通槽底端的能够旋转螺纹钢板与第二段流通槽相接，第二段流通槽底端的可旋转螺纹钢板与第三段流通槽相接，所述一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机和六号升降机构成泥石流沟道侵蚀模拟试验的整体升降系统，通过接收控制主机分别对一号升降机、二号升降机、三号升降机、四号升降机、五号升降机和六号升降机进行控制，其中一号升降机和二号升降机位于第一段流通槽顶部和底部，用于改变第一段流通槽的高度和坡度，三号升降机和四号升降机位于第二段流通槽顶部和底部，用于改变第二段流通槽的高度和坡度，可实现第一段流通槽与第二段流通槽间的跌水高度和陡坎坡度的模拟，五号升降机和六号升降机位于第三段流通槽的顶部和底部，模拟不同坡度情况下的泥石流体对流通槽沟底堆积物的侵蚀过程的研究，所述超声波传感器有四个，且四个超声波传感器分别设置在第一段流通槽近末端螺纹钢板陡坎前、第一段流通槽螺纹钢板陡坎下部与第二段流通槽连接点下游侧、第二段流通槽近末端螺纹钢板陡坎前及第二段流通槽螺纹钢板陡坎下部与第三段流通槽连接点下游侧。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述的搅拌机出料口与固定漏斗相接，固定漏斗正下方为第一段流通槽的起点。

3.根据权利要求1所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述第一段流通槽、第二段流通槽和第三段流通槽均布设孔压测试装置和流速流量测试装置。

4.根据权利要求1或3所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述第三段流通槽末端还设置有尾料桶，用于收集侵蚀流通区碎屑物后的泥石流体。

5.根据权利要求4所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述尾料桶的后侧设置有三维激光扫描仪，且三维激光扫描仪正对第三段流通槽的位置。

6.根据权利要求4所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述第一段流通槽近末端、第二段流通槽顶端和底端、第三段流通槽旁通过支架均安装有高速摄像机，且三维激光扫描仪前、尾料桶后侧，正对第三段流通槽的位置通过高支架设置高速摄像机，俯瞰三段流通槽。

7.根据权利要求6所述的一种泥石流沟道侵蚀模拟试验系统，其特征在于，所述高速摄像机、三维激光扫描仪、超声波传感器、孔压测试装置、流速流量测试装置与接收控制主机相连。