CN109975518A - 一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置及试验方法，涉及地质实验技术领域，其技术方案要点是：包括透明模型箱、降雨模拟装置和数据采集系统；透明模型箱内铺设有砂土模型；砂土模型内部埋设有传感器装置；降雨模拟装置包括进水箱、导水管和喷嘴；数据采集系统由高清摄像仪、立体显微设备、与传感器装置连接的动态应变数据采集系统和电脑设备组成；高清摄像仪、立体显微设备和动态应变数据采集系统与电脑设备连接。具有能够精细与可视化地获取砂土泥石流的发展过程，并通过分析得到泥石流启动特征、位移场演变过程及破坏形态，便于深入探索泥石流复杂的诱发机理，为有效防治工程措施地提出提供技术支撑及理论依据。
Description
技术领域
本发明涉及地质实验技术领域，更具体地说，它涉及一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置及试验方法。
背景技术
我国是世界上泥石流最为发育、数量最多、危害最为严重的国家之一。泥石流作为山区一种常见的自然灾害，常使公路、铁路、桥梁、隧道、通信和电力等基础设施严重受损，对人们的生命财产构成严重威胁。泥石流发生过程中包含固体、液体、气体耦合作用，力学机理复杂，至今仍是巨大的工程技术难题，数值模拟难度大且无法深刻揭示其特性，物理模型试验是一种有效手段。
目前，现有技术中对于泥石流模拟试验装置的考虑主要集中在泥石流形成区、流通区的长度、宽度和倾斜度，沟道物源物理参数以及堆积区交汇角度等。这些试验装置一定程度上还原和模拟了不同条件下的泥石流灾害情况。
现有技术中的泥石流模拟装置在进行模拟泥石流的试验过程中，对于试验数据的采集精细化程度不高；同时，模拟泥石流的试验过程中可视化程度不高，不便于对模拟泥石流的试验的过程进行观察，从而不能够精细化、可视化地获取泥石流的发展过程，不便于通过模拟试验分析得到精准的泥石流位移场演变过程、破坏形态和启动特征。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置及试验方法，能够精细化、可视化地获取泥石流的发生发展过程，并通过分析得到泥石流启动特征、位移场演变过程及破坏形态，便于深入探索泥石流复杂的诱发机理，为有效防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，包括顶面开口的透明模型箱、靠近透明模型箱顶面的降雨模拟装置和数据采集系统，所述透明模型箱与水平面成角倾斜；所述透明模型箱内铺设有砂土模型；所述砂土模型内部埋设有多个用于测量砂土模型内部孔隙水压力和土压力的传感器装置；所述降雨模拟装置包括进水箱、与进水箱连接的导水管和与导水管端部连接的喷嘴；所述导水管的端部与透明模型箱顶面平行，所述喷嘴靠近透明模型箱顶面；所述数据采集系统包括靠近透明模型箱的高清摄像仪、立体显微设备、动态应变数据采集系统和电脑设备，所述动态应变数据采集系统与砂土模型内的传感器装置连接；所述高清摄像仪、立体显微设备和动态应变数据采集系统与电脑设备连接。
通过采用上述技术方案，在进行泥石流模拟试验的过程中，通过透明模型箱，便于将砂土体分层铺设于透明模型箱内形成砂土模型；同时，通过透明模型箱，便于通过透明模型箱的侧壁观察试验过程中砂土模型中砂土体的运动状态；通过进水箱，便于存储试验中模拟降雨的水并保证一定水头；通过导水管，便于对进水箱中的水进行传输；通过喷嘴，便于将导水管中的水喷洒在砂土模型上，从而便于模拟出试验过程中对砂土模型的降雨条件；通过阀门及流量计，便于监测并控制试验过程中流量的大小；通过传感器装置，便于实时监测试验过程中砂土模型内部的孔隙水压力信息和土压力信息，然后通过动态应变数据采集系统传递至与之相连的电脑设备，通过电脑设备对该砂土模型内部的孔隙水压力信息和土压力信息进行分析与处理；通过高清摄像仪，便于实时采集试验过程中砂土模型的整体图像信息，然后高清摄像仪将采集的砂土模型的整体图像信息传递至与高清摄像仪连接的电脑设备，通过电脑设备中的图像识别系统对该整体图像信息进行分析与处理，得到砂土位移场；通过立体显微设备，便于实时采集砂土模型局部图像信息，然后立体显微设备将采集的局部图像信息传递至电脑设备，通过电脑设备对该砂土模型内砂土颗粒的细观运动过程进行分析与处理；通过动态应变数据采集系统，便于实时监测试验过程中砂土模型内部的孔隙水压力、流速、土压力和水力梯度等参数信息；通过电脑设备，对试验过中高清摄像仪、立体显微设备和动态应变数据采集系统采集的试验数据和降雨模拟装置的降雨量进行整合分析与处理，从而的得出泥石流模拟试验的试验结果，从而能够精细化地获取泥石流的发生发展过程，探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效防治工程措施的提出提供技术及理论依据。
本发明进一步设置为：所述透明模型箱的端部连接有角度调节装置；所述角度调节装置包括固定底座、与固定底座顶端固定连接的固定支撑杆、与固定支撑杆侧壁固定连接的连接杆、与固定支撑杆顶端固定连接的液压伸缩杆和与连接杆端部连接转动轴；所述液压伸缩杆的伸缩端与透明模型箱固定连接；所述连接杆的端部通过转动轴与透明模型箱转动连接。
通过采用上述技术方案，通过角度调节装置，便于根据试验需求调节透明模型箱与水平面的倾斜角度，从而便于调节砂土模型与水平面的倾斜角度，从而便于根据试验要求采用不同倾斜角度的砂土模型进行试验。
本发明进一步设置为：所述导水管设有第一阀门和第二阀门，所述第一阀门靠近进水箱，所述第二阀门靠近喷嘴。
通过采用上述技术方案，通过第一阀门和第二阀门，便于对导水管中的水流量进行控制，从而便于调节降雨模拟装置的降雨量。
本发明进一步设置为：所述第一阀门和第二阀门之间设有流量计。
通过采用上述技术方案，通过流量计，便于记录导水管中的水流量，从而便于记录降雨模拟装置的降雨量。
本发明进一步设置为：所述透明模型箱侧壁设有用于观察砂土模型中不同位置的砂土颗粒运动过程的方格子。
通过采用上述技术方案，通过透明模型箱侧壁的方格子，便于观察试验过程中砂土模型中不同位置的砂土体。
本发明进一步设置为：所述砂土模型可为颜色不同的砂土体层层铺设的多层结构。
通过采用上述技术方案，在进行模拟泥石流的试验过程中，通过颜色不同的砂土体分层铺叠的多层结构的砂土模型，便于根据不同颜色的砂土体观察砂土体的运动路径特征。
本发明进一步设置为：所述透明模型箱的端部底端设有用于试验中产生的尾水和砂土颗粒的收集箱。
通过采用上述技术方案，通过收集箱，便于收集试验过程中的尾水和砂土颗粒，从而便于计算渗流量及颗粒流失量。
一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验方法，包括以下步骤：
1)制备特定级配状态的砂土体或现场取样备用；
2)将砂土体分层铺设于透明模型箱内，静置数小时后分层碾压至压实状态，形成砂土模型；
3)采用降雨模拟装置对步骤2)中所述的砂土模型进行细微降雨，使砂土模型湿润；
4)启动高清摄像仪、立体显微设备和与砂土模型连接的动态应变数据采集系统，对砂土模型的整体图像信息、砂土模型中砂土体局部图像信息和砂土模型渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数信息进行实时采集；
5)调节降雨模拟装置增大降雨强度至试验要求，进行砂土泥石流模拟；
6)观察试验的全过程，通过砂土体与绘制在透明模型箱侧壁的方格子之间的相对位移观察砂土模型中不同位置砂土颗粒的运动特征；
7)试验数据分析，将高清摄像仪获取的泥石流发生发展过程中的整体图像信息、立体显微设备监测的砂土模型中砂土体的局部图像信息和动态应变数据采集系统获取渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力和流量等参数传递至电脑设备，通过电脑设备分析砂土泥石流模拟试验过程中砂土体的应力场、位移场及渗流场等变化规律，得出试验结果；
9)改变砂土体的物理状态、砂土模型的坡度大小和降雨模拟装置的降雨强度等参数进行其他工况的试验。
通过采用上述技术方案，通过制备特定级配状态的砂土体，便于提供构建砂土模型的原材料；然后将制备的砂土体分层铺设在透明模型箱内，静置数小时后分层碾压至设计密实状态，便于模拟构建出满足试验要求的砂土模型；通过降雨模拟装置，便于模拟出泥石流的诱发条件；然后在试验进行的过程中，通过高清摄像仪、立体显微设备和与砂土模型连接的动态应变数据采集系统的工作，能够实时采集砂土模型的整体图像信息、砂土模型中砂土体的局部图像信息和砂土模型渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力、颗粒流失量和流量等参数信息，然后通过电脑设备对试验过程中采集的砂土模型的整体图像信息、砂土模型中砂土体局部图像信息和砂土模型渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力、颗粒流失量和流量等参数信息进行整理与分析，从而通过模拟泥石流试验探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效的防治工程措施的提出提供技术支撑和理论依据。
本发明进一步设置为：将步骤2)中所述的砂土体铺设于透明模型箱内之前，将砂土体染色成不同的颜色，然后将不同颜色的砂土体铺设于透明模型箱中，制得每层砂土体颜色不同的多层结构的砂土模型。
通过采用上述技术方案，通过将砂土体染色成不同的颜色，便于在试验过程中对砂土模型中砂土体的运动状态特征进行观察。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过透明模型箱，便于将砂土体铺设与透明模型箱内形成砂土模型；同时，通过透明模型箱，便于通过透明模型箱的侧壁观察试验过程中砂土模型中砂土体的运动状态；通过进水箱，便于存储试验中模拟降雨的水，并保持一定水头；通过导水管，便于对进水箱中的水进行传输；通过喷嘴，便于将导水管中的水喷洒在砂土模型上，从而便于模拟出试验过程中对砂土模型的降雨条件；通过传感器装置，便于实时监测试验过程中砂土模型内部的孔隙水压力信息和土压力信息，然后通过动态应变数据采集系统将信息传递至与之连接的电脑设备，通过电脑设备对该砂土模型内部的孔隙水压力信息和土压力信息进行分析与处理，得到砂土体的应力场、位移场及渗流场；通过高清摄像仪，便于实时采集试验过程中砂土模型的整体图像信息，然后高清摄像仪将采集的砂土模型的整体图像信息传递至与高清摄像仪连接的电脑设备，通过电脑设备中的图像识别系统对该整体图像信息进行分析与处理；通过立体显微设备，便于实时采集砂土模型内局部图像信息，然后立体显微设备将采集的该砂土模型内局部图像信息传递至电脑设备，通过电脑设备对该砂土模型局部颗粒运动情况进行分析与处理；通过动态应变数据采集系统，便于实时监测试验过程中砂土模型内部的孔隙水压力、流速、土压力等参数信息；通过电脑设备，对试验过中高清摄像仪、立体显微设备和动态应变数据采集系统采集的试验数据和降雨模拟装置的降雨量进行整合分析与处理，从而的得出泥石流模拟试验的试验结果，从而能够精细化地获取泥石流的发生发展过程，探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效地防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。
附图说明
图1是本发明实施例中模拟砂性土泥石流的物理试验装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中透明模型箱侧壁的结构示意图。
图中：1、透明模型箱；2、砂土模型；3、传感器装置；4、进水箱；5、导水管；6、喷嘴；7、高清摄像仪；8、立体显微设备；9、动态应变数据采集系统；10、电脑设备；11、固定底座；12、固定支撑杆；13、连接杆；14、液压伸缩杆；15、转动轴；16、第一阀门；17、第二阀门；18、流量计；19、方格子；20、收集箱。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，如图1和图2所示，包括顶面开口的透明模型箱1、靠近透明模型箱1顶面的降雨模拟装置和数据采集系统，所述透明模型箱1与水平面成角倾斜；所述透明模型箱1内铺设有砂土模型2；所述砂土模型2内部埋设有多个用于测量砂土模型2内部孔隙水压力和土压力的传感器装置3；所述降雨模拟装置包括进水箱4、与进水箱4连接的导水管5和与导水管5端部连接的喷嘴6；所述导水管5的端部与透明模型箱1顶面平行，所述喷嘴6靠近透明模型箱1顶面；所述数据采集系统包括靠近透明模型箱1的高清摄像仪7、立体显微设备8、动态应变数据采集系统9和电脑设备10，所述动态应变数据采集系统9与砂土模型2内的传感器装置3连接；所述高清摄像仪7、立体显微设备8和动态应变数据采集系统9与电脑设备10连接。
在本实施例中，透明模型箱1的顶面和一个侧壁为开口。传感器装置3为数个孔压计和土压力计。砂土模型2的高度为100mm，每层砂土体的厚度为20mm。砂土模型2的顶面的长度为300mm，砂土模型2斜坡在透明模型箱1底面的投影的长度为250mm。砂土模型2与水平面的倾斜角度为25°。在进行泥石流模拟试验的过程中，利用透明模型箱1，利于砂土体的装填，从而利于在透明模型箱1内构建成砂土模型2。同时，通过透明模型箱1，便于通过透明模型箱1的侧壁观察试验过程中砂土模型2中砂土体的运动状态。通过进水箱4，便于存储试验中模拟降雨的水，并保证一定水头。通过导水管5，便于对进水箱4中的水进行传输。通过喷嘴6，便于将导水管5中的水喷洒在砂土模型2上，从而便于模拟出试验过程中对砂土模型2的降雨条件。通过传感器装置3，便于实时监测试验过程中砂土模型2内部的孔隙水压力信息和土压力信息，然后通过动态应变数据采集系统9传递至与之相连的电脑设备10，通过电脑设备10对该砂土模型2内部的孔隙水压力信息和土压力信息进行分析与处理，得到砂土内部应力场及渗流场。通过高清摄像仪7，便于实时采集试验过程中砂土模型2的整体图像信息，然后高清摄像仪7将采集的砂土模型2的整体图像信息传递至与高清摄像仪7连接的电脑设备10，通过电脑设备10中的图像识别系统对该整体图像信息进行分析与处理，得到砂土位移场。通过立体显微设备8，便于实时采集砂土模型2的局部图像信息，然后立体显微设备8将采集的该砂土模型2的局部图像信息传递至电脑设备10，通过电脑设备10对该砂土模型2内部砂土颗粒的细观运动过程进行分析与处理。通过动态应变数据采集系统9，便于实时监测试验过程中砂土模型2内部的孔隙水压力、流速、土压力和水力梯度等参数信息。通过电脑设备10，对试验过中高清摄像仪7、立体显微设备8和动态应变数据采集系统9采集的试验数据和降雨模拟装置的降雨量进行整合分析与处理，从而得出泥石流模拟试验的试验结果，从而能够精细化地获取泥石流的发生发展过程，探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效地防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。
透明模型箱1的端部固定连接有角度调节装置。角度调节装置包括固定底座11、与固定底座11顶端固定焊接的固定支撑杆12、与固定支撑杆12侧壁固定焊接的连接杆13、与固定支撑杆12顶端固定焊接的液压伸缩杆14和与连接杆13端部连接转动轴15。液压伸缩杆14的伸缩端与透明模型箱1固定连接。连接杆13的端部通过转动轴15与透明模型箱1转动连接。
在本实施例中，利用角度调节装置，利于根据试验需求调节透明模型箱1与水平面的倾斜角度，从而便于调节砂土模型2与水平面的倾斜角度，从而便于根据试验要求采用不同倾斜角度的砂土模型2进行试验。
导水管5安装有第一阀门16和第二阀门17，第一阀门16靠近进水箱4，第二阀门17靠近喷嘴6。
在本实施例中，通过第一阀门16和第二阀门17，便于对导水管5中的水流量进行控制，从而便于调节降雨模拟装置的降雨量。
第一阀门16和第二阀门17之间安装有流量计18。
在本实施例中，通过流量计18，便于记录导水管5中的水流量，从而便于记录降雨模拟装置的降雨量。
透明模型箱1侧壁绘制有用于观察砂土模型2中不同位置的砂土颗粒运动过程的方格子19。
在本实施例中，通过透明模型箱1侧壁的方格子19，便于观察试验过程中砂土模型2中不同位置的砂土体的细观运动过程。
砂土模型2为颜色不同的砂土体分层铺设的多层结构。
在本实施例中，在进行模拟泥石流的试验过程中，通过颜色不同的砂土体分层铺叠的多层结构的砂土模型2，便于根据不同颜色的砂土体观察砂土体的运动路径特征。
透明模型箱1的端部底端连接有用于试验中产生的尾水和砂土颗粒的收集箱20。
在本实施例中，通过收集箱20，便于收集试验过程中的尾水和砂土颗粒，从而便于计算渗流量及颗粒流失量等信息。
一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：
1)制备特定级配状态的砂土体或现场取样备用。
2)将砂土体分层铺设于透明模型箱1内，静置数小时后分层碾压至设计压实状态，形成砂土模型2。
3)采用降雨模拟装置对步骤2)中的砂土模型2进行细微降雨，使砂土模型湿润。
4)启动高清摄像仪7、立体显微设备8和与砂土模型2连接的动态应变数据采集系统9，对砂土模型2的整体图像信息、砂土模型2中砂土体局部图像信息和砂土模型2渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数进水实时采集。
5)调节降雨模拟装置增大降雨强度至试验要求，进行砂土泥石流模拟。
6)观察试验的全过程，通过砂土体与绘制在透明模型箱1侧壁的方格子19之间的相对位移获取砂土模型2中不同位置砂土体的运动特征。
7)试验数据分析，将高清摄像仪7获取的泥石流模拟的发展过程中的整体图像信息、立体显微设备8监测的砂土模型2中砂土体中局部图像信息和动态应变数据采集系统9获取渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数传递至电脑设备10，通过电脑设备10分析沙土泥石流模拟试验过程中砂土体的位移场、应力场及渗流场等特征，得出试验结果。
9)改变砂土体的物理状态、砂土模型2的坡度大小和降雨模拟装置的降雨强度等参数进行其他工况的试验。
在本实施例中，通过制备特定级配状态的砂土体，便于提供构建砂土模型2的原材料。然后将制备的砂土体分层铺设在透明模型箱1内，静置数小时后分层碾压至设计压实状态，便于模拟构建出满足试验要求的砂土模型2。通过降雨模拟装置，便于模拟出泥石流的诱发条件。然后在试验进行的过程中，通过高清摄像仪7、立体显微设备8和与砂土模型2连接的动态应变数据采集系统9的工作，能够实时采集砂土模型2的整体图像信息、砂土模型2中砂土体局部图像信息和砂土模型2渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数信息，然后通过电脑设备10对试验过程中采集的砂土模型2的整体图像信息、砂土模型2中砂土体局部图像信息和砂土模型2渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数信息进行整理与分析，从而通过模拟泥石流试验探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效的防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。
将步骤2)中的砂土体铺设于透明模型箱1内之前，将砂土体染色成不同的颜色，然后将不同颜色的砂土体铺设与透明模型箱1中，制得每层砂土体颜色不同的多层结构的砂土模型2。
在本实施例中，通过将砂土体染色成不同的颜色，便于在试验过程中对砂土模型2中砂土体的运动状态特征进行观察。
工作原理：在进行泥石流模拟试验的过程中，通过透明模型箱1，便于将砂土体铺设在透明模型箱1内形成砂土模型2。同时，通过透明模型箱1，便于通过透明模型箱1的侧壁观察试验过程中砂土模型2中砂土体的运动状态。通过进水箱4，便于存储试验中模拟降雨的水，并保持一定水头。通过导水管5，便于对进水箱4中的水进行传输。通过喷嘴6，便于将导水管5中的水喷洒在砂土模型2上，从而便于模拟出试验过程中对砂土模型2的降雨条件。通过传感器装置3，便于实时监测试验过程中砂土模型2内部的孔隙水压力信息和土压力信息，然后通过动态应变数据采集系统9将信息传递至与之连接的电脑设备10，通过电脑设备10对该砂土模型2内部的孔隙水压力信息和土压力信息进行分析与处理，得到砂土体应力场及渗流场。通过高清摄像仪7，便于实时采集试验过程中砂土模型2的整体图像信息，然后高清摄像仪7将采集的砂土模型2的整体图像信息传递至与高清摄像仪7连接的电脑设备10，通过电脑设备10中的图像识别系统对该整体图像信息进行分析与处理，得到砂土位移场。通过立体显微设备8，便于实时采集砂土模型2中局部图图像信息，然后立体显微设备8将采集的该砂土模型2局部图像信息传递至电脑设备10，通过电脑设备10对该砂土模型2局部图像信息进行分析与处理。通过动态应变数据采集系统9，便于实时监测试验过程中砂土模型2内部的孔隙水压力、流速、土压力等参数信息。通过电脑设备10，对试验过中高清摄像仪7、立体显微设备8和动态应变数据采集系统9采集的试验数据和降雨模拟装置的降雨量进行整合分析与处理，从而的得出泥石流模拟试验的试验结果，从而能够精细化地获取泥石流的发生发展过程，探索砂性土泥石流复杂的诱发机理，从而利于从本质揭示砂性土泥石流现象，为有效地防治工程措施的提出提供技术支撑及理论依据。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (9)
1.一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：包括顶面开口的透明模型箱(1)、靠近透明模型箱(1)顶面的降雨模拟装置和数据采集系统，所述透明模型箱(1)与水平面成角倾斜；所述透明模型箱(1)内铺设有砂土模型(2)；所述砂土模型(2)内部埋设有多个用于测量砂土模型(2)内部孔隙水压力和土压力的传感器装置(3)；所述降雨模拟装置包括进水箱(4)、与进水箱(4)连接的导水管(5)和与导水管(5)端部连接的喷嘴(6)；所述导水管(5)的端部与透明模型箱(1)顶面平行，所述喷嘴(6)靠近透明模型箱(1)顶面；所述数据采集系统包括靠近透明模型箱(1)的高清摄像仪(7)、立体显微设备(8)、动态应变数据采集系统(9)和电脑设备(10)，所述动态应变数据采集系统(9)与砂土模型(2)内的传感器装置(3)连接；所述高清摄像仪(7)、立体显微设备(8)和动态应变数据采集系统(9)与电脑设备(10)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述透明模型箱(1)的端部连接有角度调节装置；所述角度调节装置包括固定底座(11)、与固定底座(11)顶端固定连接的固定支撑杆(12)、与固定支撑杆(12)侧壁固定连接的连接杆(13)、与固定支撑杆(12)顶端固定连接的液压伸缩杆(14)和与连接杆(13)端部连接转动轴(15)；所述液压伸缩杆(14)的伸缩端与透明模型箱(1)固定连接；所述连接杆(13)的端部通过转动轴(15)与透明模型箱(1)转动连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述导水管(5)设有第一阀门(16)和第二阀门(17)，所述第一阀门(16)靠近进水箱(4)，所述第二阀门(17)靠近喷嘴(6)。
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述第一阀门(16)和第二阀门(17)之间设有流量计(18)。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述透明模型箱(1)侧壁设有用于观察砂土模型(2)中不同位置的砂土颗粒运动过程的方格子(19)。
6.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述砂土模型(2)为不同砂土重叠铺设的多层结构。
7.根据权利要求1所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验装置，其特征是：所述透明模型箱(1)的端部底端设有用于试验中产生的尾水和砂土颗粒的收集箱(20)。
8.一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验方法，其特征是：包括以下步骤：
1)制备特定级配状态的砂土体或现场取样备用；
2)将砂土体分层铺设于透明模型箱内，静置数小时后分层碾压至压实状态，形成砂土模型；
3)采用降雨模拟装置对步骤2)中所述的砂土模型进行细微降雨，使砂土模型湿润；
4)启动高清摄像仪、立体显微设备和与砂土模型连接的动态应变数据采集系统，对砂土模型的整体图像信息、砂土模型中砂土体局部图像信息和砂土模型渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力及颗粒流失量、流量等参数信息进行实时采集；
5)调节降雨模拟装置增大降雨强度至试验要求，进行砂土泥石流模拟；
6)观察试验的全过程，通过砂土体与绘制在透明模型箱侧壁的方格子之间的相对位移观察砂土模型中不同位置砂土颗粒的运动特征；
7)试验数据分析，将高清摄像仪获取的泥石流发生发展过程中的整体图像信息、立体显微设备监测的砂土模型中砂土体的局部图像信息和动态应变数据采集系统获取渗流过程中的孔隙水压力、流速、土压力和流量等参数传递至电脑设备，通过电脑设备分析砂土泥石流模拟试验过程中砂土体的应力场、位移场及渗流场等变化规律，得出试验结果；
8)改变砂土体的物理状态、砂土模型的坡度大小和降雨模拟装置的降雨强度等参数进行其他工况的试验。
9.根据权利要求8所述的一种用于模拟砂性土泥石流的物理试验方法，其特征是：将步骤2)中所述的砂土体铺设于透明模型箱(1)内之前，将砂土体染色成不同的颜色，然后将不同颜色的砂土体铺设与透明模型箱(1)中，制得每层砂土体颜色不同的多层结构的砂土模型(2)。
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