CN108519212A - 可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质灾害及水利实验设备技术领域，尤其涉及一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法，通过利用不同长度的主平板、承浪平板与实验水箱内不同的固定点相连，不仅使主平板的坡度可调节，而且也可以使承浪平板的坡度能够灵活调节，满足实验装置对不同坡度变化的需求，使实验模拟的结果更接近于实际。实验水箱由透明的有机玻璃构成，并在水箱中部设置波高仪，通过波高仪得到涌浪波高随时间的变化曲线，利用高速摄影仪和波高仪能够清晰地记录涌浪在水箱中的传播过程及涌浪的浪高变化。本装置还在承浪平板上布置压力传感器用于压力数据采集，可以记录实验过程承浪平板所受的压力变化。实验装置设备简洁，操作简单，便于维修。

Description

可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法

技术领域

本发明涉及地质灾害及水利实验设备技术领域，尤其涉及一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法。

背景技术

滑坡涌浪是指边坡岩土体突然滑动，并与水体相互作用而激起的波浪，其破坏强度有时超过了地震诱发的海啸。在河流、湖泊边缘地带，大型滑坡涌入水中必将引起严重的问题，如威胁过往船只，导致停航禁航；破坏库周水工建筑物，导致坝体溃决；冲毁下游农田民房，威胁库区周围居民的生命财产安全等。滑坡涌浪引起的安全事故有很多，比如1762年，日本九州发生滑坡，滑坡规模约为5.35×10⁸m³，造成超过15000人死亡；1933年，中国岷江叠溪发生滑坡，滑坡规模达4×106m³，造成堵江45天，并导致8800人死亡；1963年，震动水利工程界的著名意大利瓦伊昂滑坡，体积达2.4亿m³，激起超过250m的巨大涌浪，造成下游大面积洪水泛滥，死亡人数约3000人；1985年6月12日，中国湖北新滩滑坡约3.0×10⁷m³岩土体涌入长江，滑坡对岸涌浪爬高约49m，由于监测预警及时，仅造成部分船只受损，死亡9人。由此可见，滑坡涌浪对人身财产安全具有极大的威胁，因此研究滑坡涌浪灾害是很有必要的。

滑坡涌浪的计算和预测对地质灾害防治和人身财产保护具有十分重要的意义。但是滑坡涌浪的形成与传播过程是一个及其复杂的物理力学过程，目前研究涌浪的方法主要有经验公式法、数值分析法、物理模拟法、以及其他研究方法等，其中物理模拟法作为一种研究滑坡涌浪较为直观、准确的研究手段，被广泛用于滑坡涌浪研究。但是目前已有的研究滑坡涌浪的模拟实验装置存在许多不足，比如，研究滑坡入水的斜坡及承浪斜坡的坡度、坡高是固定的，无法根据需要灵活调节；对于不同坡度入水的滑坡岩体激起的涌浪浪高在传播过程的变化无法准确观察；涌浪传播至对岸所具有的冲击力及爬坡高度无法准确测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决上述技术问题，本发明提供一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法，不仅可以解决以往同类实验中落体入水斜坡的角度不能调节问题，而且还可以设计了一种坡度可以调节的承浪斜坡，可以利用其研究涌浪传播至不同坡度的岸上所具有的冲击力和爬坡高度；同时，利用高速摄影仪、波高仪等测量仪器观察测量涌浪的传播过程和测量涌浪高度、传播速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，包括实验水箱、主平板、海绵缓冲垫层、承浪平板、压力传感器和高速摄影仪，

所述实验水箱呈上方开口的长方体箱体状，设定实验水箱长度方向的两端面为前端面和后端面，则剩余两个侧面为左侧面和右侧面，左侧面和右侧面上均对称设置有主平板固定装置和承浪平板固定装置，承浪平板和主平板分别设置在实验水箱内的前后两端，

主平板的左右两侧通过主平板固定装置倾斜固定在实验水箱左右两侧面上，且主平板的前端低于后端，主平板的前端和实验水箱的宽度方向相平行，主平板的前端和实验水箱的底部相接触，主平板和实验水箱内底部的夹角为θ₁，0°<θ₁<90°，

承浪平板的左右两侧通过承浪平板固定装置倾斜固定在实验水箱左右两侧面上，且承浪平板的后端低于前端，承浪平板的后端和实验水箱的宽度方向相平行，承浪平板的后端和实验水箱的底部相接触，承浪平板和实验水箱内底部的夹角为θ₂，0°<θ₂<90°，

海绵缓冲垫层铺设在实验水箱内的底部，海绵缓冲垫层位于主平板和承浪平板之间，压力传感器设置在承浪平板上，压力传感器电连接有数据采集器，数据采集器信号连接有PC终端，高速摄影仪和PC终端信号连接。

所述主平板固定装置包括一对以上的主平板固定块，每对主平板固定块左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，主平板固定块的表面倾斜设置，主平板固定块的表面和实验水箱内底部的夹角为θ₁，且主平板固定块的表面的法线方向开设有螺纹孔，主平板的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过主平板的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将主平板固定安装在主平板固定块上。主平板固定装置包括也可以是两对、三对或者更多对主平板固定块，主平板根据角度的需要可拆卸的固定在其中一对主平板固定块上。

所述承浪平板固定装置包括一对以上的承浪平板固定块，每对承浪平板固定块左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，承浪平板固定块的表面倾斜设置，承浪平板固定块的表面和实验水箱内底部的夹角为θ₂，且承浪平板固定块的表面的法线方向开设有螺纹孔，承浪平板的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过承浪平板的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将承浪平板固定安装在承浪平板固定块上。承浪平板固定装置包括也可以是两对、三对或者更多对承浪平板固定块，承浪平板根据角度的需要可拆卸的固定在其中一对承浪平板固定块上。

所述实验水箱中还设置有若干竖直的波高仪，波高仪安装在海绵缓冲垫层上，且波高仪底部和实验水箱内的底部固定连接，波高仪的顶部通过Usb-hub和PC终端信号连接。波高仪可以采集电压信号，通过计算机分析得到涌浪随时间的变化曲线。

进一步，具体地，所述实验水箱由透明有机玻璃板通过亚克力胶、销钉进行连接的长方体敞口容器，其长宽高分别为2.40m、1.20m、0.60m；主平板和承浪平板的宽度均为长为0.6m，主平板的长为L₁＝0.60/sinθ₁，承浪平板的长为L₂＝0.60/sinθ₂，海绵缓冲垫层的长宽均为1.20m，厚度为0.03m。

所述压力传感器在承浪平板上的信号接收点分布为：承浪平板上从上往下每隔L₂/6布置在承浪平板的中心轴上。相当于把承浪平板分成六等份，中间有5个点，上面的四个点布置传感器测量动压，因为水深范围一般就是0.2-0.4m,动压主要考虑岸上冲击，所以确上面的四个分布点。

7、一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测方法：采用所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置进行实验，具有如下步骤：

1)完成可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置的安装；

2)检测实验水箱的气密性，防止漏气漏水；

3)在实验水箱中盛2/3的水；

4)开启高速摄影仪、压力传感器和波高仪；

5)刚体滑块从主平板上方下落，滑入水中激起涌浪，涌浪以一定速度冲击承浪平板；

6)开启高速摄影仪完成视频数据采集，压力传感器完成承浪平板上的压力数据采集，压力数据经数据采集器传送至PC终端记录分析。

7)改变承浪平板和主平板与实验水箱底部的夹角，重复1)—6)步骤，获得其他实验数据。

本发明的有益效果是，本发明的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置及方法，

(1)、本发明可以通过利用不同长度的主平板、承浪平板与实验水箱内不同的固定点相连，不仅使主平板的坡度可调节，而且也可以使承浪平板的坡度能够灵活调节，满足实验装置对不同坡度变化的需求，使实验模拟的结果更接近于实际。

(2)、实验水箱由透明的有机玻璃构成，并在水箱中部架设波高仪波高仪得到涌浪波高随时间变化的曲线，并利用高速摄影仪能够清晰地记录涌浪在水箱中的传播过程及涌浪的浪高变化。

(3)、本装置还在承浪平板上布置压力传感器用于压力数据采集，可以记录实验过程承浪平板所受的压力变化。

(4)、实验装置设备简洁，操作简单，便于维修。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置的结构示意图。

图2是本发明实验水箱的俯视图。

图3是本发明实验水箱的侧视图。

图中：1、实验水箱，2、主平板，3、海绵缓冲垫层，4、主平板固定块，5、承浪平板，6、承浪平板固定块，7、压力传感器，8、高速摄影仪，9、数据采集器，10、PC终端，11、刚体滑块，12、手柄,13、波高仪，14、Usb-hub。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-3所示，是本发明最优实施例，一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，包括实验水箱1、主平板2、海绵缓冲垫层3、承浪平板5、压力传感器7和高速摄影仪8，

所述实验水箱1呈上方开口的长方体箱体状，设定实验水箱1长度方向的两端面为前端面和后端面，则剩余两个侧面为左侧面和右侧面，左侧面和右侧面上均对称设置有主平板固定装置和承浪平板固定装置，承浪平板5和主平板2分别设置在实验水箱1内的前后两端，

主平板2的左右两侧通过主平板固定装置倾斜固定在实验水箱1左右两侧面上，且主平板2的前端低于后端，主平板2的前端和实验水箱1的宽度方向相平行，主平板2的前端和实验水箱1的底部相接触，主平板2和实验水箱1内底部的夹角为θ₁，0°<θ₁<90°，本实施例θ₁取45°，

承浪平板5的左右两侧通过承浪平板固定装置倾斜固定在实验水箱1左右两侧面上，且承浪平板5的后端低于前端，承浪平板5的后端和实验水箱1的宽度方向相平行，承浪平板5的后端和实验水箱1的底部相接触，承浪平板5和实验水箱1内底部的夹角为θ₂，0°<θ₂<90°，本实施例θ₂取45°，

海绵缓冲垫层3铺设在实验水箱1内的底部，海绵缓冲垫层3位于主平板2和承浪平板5之间，用于缓冲刚体滑块11对实验水箱1底部的冲击力。压力传感器7设置在承浪平板5上，压力传感器7电连接有数据采集器9，数据采集器9信号连接有PC终端10，高速摄影仪8和PC终端10信号连接。所述的高速摄影仪8通过控制手柄12控制，用于全程拍摄涌浪的形成及传播过程。

所述主平板固定装置包括一对以上的主平板固定块4，每对主平板固定块4左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，主平板固定块4的表面倾斜设置，主平板固定块4的表面和实验水箱1内底部的夹角为θ₁，且主平板固定块4的表面的法线方向开设有螺纹孔，主平板2的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过主平板2的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将主平板2固定安装在主平板固定块4上。

所述承浪平板固定装置包括一对以上的承浪平板固定块6，每对承浪平板固定块6左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，承浪平板固定块6的表面倾斜设置，承浪平板固定块6的表面和实验水箱1内底部的夹角为θ₂，且承浪平板固定块6的表面的法线方向开设有螺纹孔，承浪平板5的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过承浪平板5的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将承浪平板5固定安装在承浪平板固定块6上。

所述实验水箱1中还设置有若干竖直的波高仪13，波高仪13安装在海绵缓冲垫层3上，且波高仪13底部和实验水箱1内的底部固定连接，波高仪13的顶部通过Usb-hub14(Usb分线接口)和PC终端10信号连接。

所述实验水箱1由透明有机玻璃板通过亚克力胶、销钉进行连接的长方体敞口容器，其长宽高分别为2.40m、1.20m、0.60m；主平板2和承浪平板5的宽度均为长为0.6m，主平板2的长为L₁＝0.60/sinθ₁，承浪平板5的长为L₂＝0.60/sinθ₂，海绵缓冲垫层3的长宽均为1.20m，厚度为0.03m。

所述压力传感器7在承浪平板5上的信号接收点分布为：承浪平板5上从上往下每隔L₂/6布置在承浪平板5的中心轴上。

7、一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测方法：采用可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置进行实验，具有如下步骤：

1)完成可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置的安装；

2)检测实验水箱1的气密性，防止漏气漏水；

3)在实验水箱1中盛2/3的水；

4)开启高速摄影仪8、压力传感器7和波高仪13；

5)刚体滑块11从主平板2上方下落，滑入水中激起涌浪，涌浪以一定速度冲击承浪平板5；

6)开启高速摄影仪8完成视频数据采集，压力传感器7完成承浪平板5上的压力数据采集，压力数据经数据采集器9传送至PC终端10记录分析。

7)改变承浪平板5和主平板2与实验水箱1底部的夹角，重复1)—6)步骤，获得其他实验数据。

实验水箱1在实验开始盛2/3的水，利用控制手柄1打开高速摄影仪8进行拍摄，刚体滑块11从主平板2上部滑入水中激起涌浪，涌浪以一定的速度传播至承浪平板5上，通过布置在其上面的压力传感器7采集压力数据经数据采集器8传送至PC终端10记录分析。如要模拟滑坡岩体滑入水中的坡度及涌浪上岸的坡度，只需改变主平板2和承浪平板5的坡度，重复上述实验即可。

本发明装置用于模拟滑坡涌浪的形成与传播过程，通过灵活调节主平板2和承浪平板5的坡度，满足实验装置对不同坡度变化的需求，使实验模拟的结果更接近于实际。

本发明装置在承浪平板5上布置压力传感器7用于各测点的压力数据采集，可以记录实验过程承浪平板5所受的压力变化。

本发明装置在实验水箱1外侧用高速摄影仪8拍摄，可以完整地记录滑坡涌浪的形成和传播的全部过程。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：包括实验水箱(1)、主平板(2)、海绵缓冲垫层(3)、承浪平板(5)、压力传感器(7)和高速摄影仪(8)，

所述实验水箱(1)呈上方开口的长方体箱体状，设定实验水箱(1)长度方向的两端面为前端面和后端面，则剩余两个侧面为左侧面和右侧面，左侧面和右侧面上均对称设置有主平板固定装置和承浪平板固定装置，承浪平板(5)和主平板(2)分别设置在实验水箱(1)内的前后两端，

主平板(2)的左右两侧通过主平板固定装置倾斜固定在实验水箱(1)左右两侧面上，且主平板(2)的前端低于后端，主平板(2)的前端和实验水箱(1)的宽度方向相平行，主平板(2)的前端和实验水箱(1)的底部相接触，主平板(2)和实验水箱(1)内底部的夹角为θ₁，0°<θ₁<90°，

承浪平板(5)的左右两侧通过承浪平板固定装置倾斜固定在实验水箱(1)左右两侧面上，且承浪平板(5)的后端低于前端，承浪平板(5)的后端和实验水箱(1)的宽度方向相平行，承浪平板(5)的后端和实验水箱(1)的底部相接触，承浪平板(5)和实验水箱(1)内底部的夹角为θ₂，0°<θ₂<90°，

海绵缓冲垫层(3)铺设在实验水箱(1)内的底部，海绵缓冲垫层(3)位于主平板(2)和承浪平板(5)之间，压力传感器(7)设置在承浪平板(5)上，压力传感器(7)电连接有数据采集器(9)，数据采集器(9)信号连接有PC终端(10)，高速摄影仪(8)和PC终端(10)信号连接。

2.如权利要求1所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：所述主平板固定装置包括一对以上的主平板固定块(4)，每对主平板固定块(4)左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，主平板固定块(4)的表面倾斜设置，主平板固定块(4)的表面和实验水箱(1)内底部的夹角为θ₁，且主平板固定块(4)的表面的法线方向开设有螺纹孔，主平板(2)的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过主平板(2)的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将主平板(2)固定安装在主平板固定块(4)上。

3.如权利要求1所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：所述承浪平板固定装置包括一对以上的承浪平板固定块(6)，每对承浪平板固定块(6)左右对称设置分别与左侧面和右侧面固定连接，承浪平板固定块(6)的表面倾斜设置，承浪平板固定块(6)的表面和实验水箱(1)内底部的夹角为θ₂，且承浪平板固定块(6)的表面的法线方向开设有螺纹孔，承浪平板(5)的左右两侧对称开设有安装孔，通过螺钉穿过承浪平板(5)的左右两侧的安装孔以及螺纹孔，将承浪平板(5)固定安装在承浪平板固定块(6)上。

4.如权利要求1所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：所述实验水箱(1)中还设置有若干竖直的波高仪(13)，波高仪(13)安装在海绵缓冲垫层(3)上，且波高仪(13)底部和实验水箱(1)内的底部固定连接，波高仪(13)的顶部通过Usb-hub(14)和PC终端(10)信号连接。

5.如权利要求1所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：所述实验水箱(1)由透明有机玻璃板通过亚克力胶、销钉进行连接的长方体敞口容器，其长宽高分别为2.40m、1.20m、0.60m；主平板(2)和承浪平板(5)的宽度均为长为0.6m，主平板(2)的长为L₁＝0.60/sinθ₁，承浪平板(5)的长为L₂＝0.60/sinθ₂，海绵缓冲垫层(3)的长宽均为1.20m，厚度为0.03m。

6.如权利要求5所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置，其特征在于：所述压力传感器(7)在承浪平板(5)上的信号接收点分布为：承浪平板(5)上从上往下每隔L₂/6布置在承浪平板(5)的中心轴上。

7.一种可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测方法：其特征在于：采用如权利要求1-6中任一项所述的可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置进行实验，具有如下步骤：

1)完成可调节角度的滑坡涌浪高度与动压的监测装置的安装；

2)检测实验水箱(1)的气密性，防止漏气漏水；

3)在实验水箱(1)中盛2/3的水；

4)开启高速摄影仪(8)、压力传感器(7)和波高仪(13)；

5)刚体滑块(11)从主平板(2)上方下落，滑入水中激起涌浪，涌浪以一定速度冲击承浪平板(5)；

6)开启高速摄影仪(8)完成视频数据采集，压力传感器(7)完成承浪平板(5)上的压力数据采集，压力数据经数据采集器(9)传送至PC终端(10)记录分析。

7)改变承浪平板(5)和主平板(2)与实验水箱(1)底部的夹角，重复1)—6)步骤，获得其他实验数据。