CN110188443A - 一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，包括滑坡体模型、滑动装置、试验水槽、岸坡糙壁及坡形装置与波高测试装置，所述滑动装置和岸坡糙壁及坡形装置设置于试验水槽内的壁面上，所述滑坡体模型放置于滑动装置上，所述波高测试装置通过移动架安装于试验水槽的上方或置于试验水槽的侧面。本发明还公开了一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置的试验方法。本发明能够通过试验装置模拟不同滑坡体下滑过程引起的涌浪变化，岸坡坡形、岸坡粗糙度对涌浪传播过程的影响，从而分析和预测不同岸坡坡形、岸坡粗糙度对滑坡涌浪传播规律和衰减趋势，进一步建立滑坡涌浪浪高沿程分布预测模型。

Description

一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置及试 验方法

技术领域

本发明涉及一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置及试验方法。

背景技术

大型水利水电工程由于蓄水诱发的滑坡涌浪是水利水电工程中的重要灾害之一，西部地区大型滑坡通常分布于河流两岸，水利水电工程蓄水过程常引起滑坡，而滑坡涌浪预测至今是一大难题。现有分析评价方法主要为经验公式法、室内物理模型实验和数值模拟分析三种，经验公式法与数值模拟方法均难以合理确定相关参数，从而室内试验是认为比较可信的方法，但是，由于目前室内试验都建立在平直的波浪水槽中进行，试验不能模拟实际库岸粗糙特征对波浪传播过程消能的影响，试验结果影响了实际涌浪预测模型的合理性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置及试验方法，能够通过模拟不同滑坡体滑动面的形态与粗糙度，岸坡模块试验装置的拼装模拟不同岸坡的粗糙度，研究不同粗糙度对涌浪传播过程消能的影响，并通过不同位置波浪高度及波形沿水槽各方向的监测信息，了解不同岸坡粗糙度对波浪传播规律的影响，从而分析和预测波浪的传播规律和发展趋势。

为解决上述技术问题，本发明提供一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，包括滑坡体模型、滑动装置、试验水槽、岸坡糙壁及坡形装置与波高测试装置，所述滑动装置和岸坡糙壁及坡形装置设置于试验水槽内的壁面上，所述滑坡体模型放置于滑动装置上，所述波高测试装置通过移动架安装于试验水槽的上方或置于试验水槽的侧面，用于记录滑坡体下滑过程沿试验水槽前方、上下游方向的波高。

进一步地，所述滑坡体模型通过拉绳、滑轮连接到速度控制箱,控制滑动速度。

进一步地，所述滑坡体模型的前缘设有用于测定滑坡体模型滑坡入水时压力的压力传感器。

进一步地，所述波高测试装置为置于试验水槽上方的波高测定探头或置于试验水槽侧面的影像记录仪，所述波高测定探头通过带有移动支座的珩架置于试验水槽的上方。

进一步地，所述波高测试装置包括置于试验水槽上方的PIV探头和置于试验水槽下方的激光发射器，所述PIV探头通过带有移动支座的珩架置于试验水槽的上方。

进一步地，所述岸坡糙壁及坡形装置包括波纹面装置、网钉面装置、草皮面装置与混凝土粗糙面装置四类削能块。

进一步地，所述试验水槽的材质为有机玻璃。

进一步地，所述岸坡糙壁及坡形装置采用玻璃胶与试验水槽壁面连接。

本发明提供一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验方法，其特征是，通过速度控制箱控制滑坡体装置的滑动速度，使滑坡体滑入试验水槽中；通过安装于不同位置的波高测试装置，测量不同位置的波高；将试验中测得的滑动速度、波高进行数据分析，得到各断面的波高沿程随时间变化曲线，从而得出不同岸坡粗糙度、岸坡形态下的波高变化规律和发展趋势，建立波高预测模型。

本发明提供一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验方法，其特征是，具体包括如下步骤：

（1）根据野外滑坡体的特征，试制滑坡体模型和滑动装置；

（2）根据滑坡体周边水域岸坡特征，试制岸坡糙壁及坡形装置；

（3）在试验区域内，将滑动装置放置于试验水槽内的壁面，将滑坡体模型放置于滑动装置上，并通过拉绳连接到速度控制箱，在滑坡体模型前缘安装压力传感器；同时，记录滑动面倾角、滑坡体模型形态、体积；

（4）将岸坡糙壁及坡形装置置于试验水槽内的壁面；

（5）在试验水槽的下方安装激光发射器；

（6）安装波高测试装置；

（7）在正对试验区域布置影象记录设备；

（8）通过速度控制箱控制滑坡体装置的滑动速度，水槽充水至实验高度，使滑坡体滑入试验水槽中；

（9）通过安装于不同位置的波高测试装置，测量不同位置的波高；

（10）将试验中测得的滑动速度、波高进行数据分析，得到各断面的波高沿程随时间变化曲线，从而得出不同岸坡粗糙度、岸坡形态下的波高变化规律和发展趋势，建立波高预测模型。

本发明所达到的有益效果：本发明的试验装置适用于地质、岩土、水电等行业中研究水库滑坡涌浪传播规律及预测任意位置的涌浪高度，主要针对于岩石滑坡、土质滑坡以及古滑坡复活。通过实验设备对滑坡引起的涌浪在不同方向受岸坡形态、岸坡粗糙性影响下的波浪高度变化，采用记录设备记录波浪发展过程，从而得出波高预测的模型。

附图说明

图1为本发明试验装置的总体结构示意图；

图2为本发明滑动装置的结构示意图；

图3为本发明滑动装置滑动面的结构示意图；

图4为本发明波纹面消能装置的结构示意图；

图5为本发明网钉面消能装置的结构示意图；

图6为本发明草皮面消能装置的结构示意图；

图7为本发明混凝土粗糙面消能装置的结构示意图；

图8为本发明削能块安装俯视示意图；

图9为实施例1中波高沿上下游方向变化曲线图。

图中：1.滑坡体模型，2.滑动装置，3.拉绳，4.滑轮，5.速度控制箱，6.试验水槽，7.激光发射器，8.PIV 探头，9.桁架，10.波高测定探头，11.移动支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，包括滑坡体模型1、滑动装置2、试验水槽6、岸坡糙壁及坡形装置与波高测试装置。所述滑动装置2和岸坡糙壁及坡形装置设置于试验水槽6内的壁面上，所述滑坡体模型1放置于滑动装置2上。

所述滑坡体模型1布置的位置在试验水槽6的长度方向中间部位，起始滑坡体应固定在滑动面上部，保证足够的滑动势能以激起涌浪。

如图2和图3所示，所述滑动装置2的滑动面优选钢板，可根据需要适当增加一定的粗糙度。

所述滑坡体模型1通过拉绳3、滑轮4连接到速度控制箱5, 控制滑动速度。速度控制箱5包括马达用速度控制器、小型齿轮马达，马达用速度控制器包括调速器和制动，调速器和制动通过端子接口连接到小型齿轮马达，小型齿轮马达与拉绳3连接。所述滑坡体模型1的前缘设有用于测定滑坡体模型1滑坡入水时压力的压力传感器。

所述滑动装置2控制滑动速度可采用可调节式或自由落体式两种方式，在模拟高速滑坡时应采用自由落体式滑动模式，而通常情况下可采用可调节式控制滑动速度。

如图4至图7所示，所述岸坡糙壁及坡形装置包括波纹面装置、网钉面装置、草皮面装置与混凝土粗糙面装置四类削能块。根据现场条件分别拼装后可以分别模拟滑坡分布区岸坡实际坡形与粗糙程度对波浪传播的影响。如图8所示，所述岸坡糙壁及坡形装置应事先安装在试验水槽6壁面，并根据需要按等间距或不等间距布置，在装置两侧可以采用石膏与试验水槽壁按一定坡度顺势连接。

所述试验水槽6的材质为有机玻璃。所述岸坡糙壁及坡形装置采用玻璃胶与试验水槽6壁面连接。

所述波高测试装置通过带有移动支座11的珩架9安装于试验水槽6的上方或置于试验水槽6的侧面，用于记录滑坡体下滑过程沿试验水槽6前方、上下游方向的波高。

波高记录设备中的PIV探头8及对应的激光发射器7，可根据试验需要配置，一般情况下，考虑经济性时，采用波高测定探头10或置于试验水槽6侧面的影象记录仪（相机）就可以满足试验精度要求，相机优选高清度摄像或拍照功能仪器，其用三脚架支撑。

试验装置尺寸可根据需要定制，但因室内场地大小不宜过大，满足实际岸坡形态为宜。

采用上述滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型实验方法，包括如下步骤：

（1）制作滑坡体模型1，选择安装试验点位置，确定合适的高度作为滑坡起滑点；

（2）放置滑动装置2，将滑坡体模型1安放于滑动装置2的滑动面上，调整滑动装置2，记录滑坡体模型1距离水面的位置；

（3）在试验水槽6侧面安装摄像机，调整视角与光圈、对焦；

（4）架设并调整波高测定探头10位置，连接到计算机，记录监测断面的位置；

（5）在试验水槽6中，安放岸坡糙壁及坡形装置；

（6）控制滑坡体模型1的滑动速度，试验水槽6充水至实验高度，使滑坡体模型1滑动到试验水槽6；

（7）用记录设备对滑坡体模型1滑入水中引起的涌浪进行跟踪测定与拍摄，直至涌浪消失；

（8）将实验中拍摄的照片、波高测定探头10测得的数据进行处理和分析，得到波高沿水槽三个方向随时间变化曲线；

（9）通过波高沿水槽三个方向及通过岸坡糙壁及坡形装置后的变化，建立滑坡体入水后波高预测模型。

实施例1

采用上述滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验仪进行试验，试验方法包括如下步骤：

第一步：用混凝土制作滑坡体形态模型，采用钢板制作下部圆心角为60°的滑动面模块，待混凝土达到龄期后，将滑坡体安放于距离水槽底部面1.6m高度作为起滑点；

第二步：在水槽侧面安装摄像机，布置和调整三脚架，在单反数码相机调焦后固定三脚架；

第三步：架设并调整波高探头位置，沿滑坡体正前方布置10个波高探头，沿滑坡体位置上下游方向各布置4个波高监测断面，连接到计算机，记录监测断面的位置；

第四步：在水槽中，靠近监测断面水槽的一侧或两侧安放岸坡糙壁及坡形装置，共布置8个岸坡糙壁及坡形装置；

第五步：水槽充水，使水面高于水槽底面0.50m。

第六步：开始试验，打开激光仪，使滑坡体滑入水槽中，并通过摄像机、PIV、波高仪监测所有断面上的波高，存储图象；

随后，对记录的数据与影象进行处理，试验数据处理要通过Silkpix studio照片处理软件来读取照片数据。将试验过程中拍摄的一组连续照片进行处理，用照片处理软件读取照片中的像素坐标，并通过照片中的比例尺与像素点进行换算，得出像素与真实水面点的比例关系。将每一个波高监测点数据导入图形处理软件生成点曲线图进行对比及数据分析。

记录如图9所示曲线图。图中曲线突变处表示同一组实验中不同岸坡坡形、不同粗糙度下波高变化曲线。通过分析波高沿程曲线变化规律，可以得出受岸坡坡形、不同粗糙度影响下波高的沿程损失规律，建立波高沿程衰减规律和传播发展趋势。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，包括滑坡体模型、滑动装置、试验水槽、岸坡糙壁及坡形装置与波高测试装置，所述滑动装置和岸坡糙壁及坡形装置设置于试验水槽内的壁面上，所述滑坡体模型放置于滑动装置上，所述波高测试装置通过移动架安装于试验水槽的上方或置于试验水槽的侧面，用于记录滑坡体下滑过程沿试验水槽前方、上下游方向的波高。

2.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述滑坡体模型通过拉绳、滑轮连接到速度控制箱，控制滑动速度。

3.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述滑坡体模型的前缘设有用于测定滑坡体模型滑坡入水时压力的压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述波高测试装置为置于试验水槽上方的波高测定探头或置于试验水槽侧面的影像记录仪，所述波高测定探头通过带有移动支座的珩架置于试验水槽的上方。

5.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述波高测试装置包括置于试验水槽上方的PIV探头和置于试验水槽下方的激光发射器，所述PIV探头通过带有移动支座的珩架置于试验水槽的上方。

6.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述岸坡糙壁及坡形装置包括波纹面装置、网钉面装置、草皮面装置与混凝土粗糙面装置四类削能块。

7.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述试验水槽的材质为有机玻璃。

8.根据权利要求1所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置，其特征是，所述岸坡糙壁及坡形装置采用玻璃胶与试验水槽壁面连接。

9.基于权利要求1-8中任意一项所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置的试验方法，其特征是，通过速度控制箱控制滑坡体装置的滑动速度，使滑坡体滑入试验水槽中；通过安装于不同位置的波高测试装置，测量不同位置的波高；将试验中测得的滑动速度、波高进行数据分析，得到各断面的波高沿程随时间变化曲线，从而得出不同岸坡粗糙度、岸坡形态下的波高变化规律和发展趋势，建立波高预测模型。

10.基于权利要求1-8中任意一项所述的一种研究滑坡涌浪消能效应与波高预测的模型试验装置的试验方法，其特征是，具体包括如下步骤：

（1）根据野外滑坡体的特征，试制滑坡体模型和滑动装置；

（2）根据滑坡体周边水域岸坡特征，试制岸坡糙壁及坡形装置；

（3）在试验区域内，将滑动装置放置于试验水槽内的壁面，将滑坡体模型放置于滑动装置上，并通过拉绳连接到速度控制箱，在滑坡体模型前缘安装压力传感器；同时，记录滑动面倾角、滑坡体模型形态、体积；

（4）将岸坡糙壁及坡形装置置于试验水槽内的壁面；

（5）在试验水槽的下方安装激光发射器；

（6）安装波高测试装置；

（7）在正对试验区域布置影象记录设备；

（8）通过速度控制箱控制滑坡体装置的滑动速度，水槽充水至实验高度，使滑坡体滑入试验水槽中；

（9）通过安装于不同位置的波高测试装置，测量不同位置的波高；

（10）将试验中测得的滑动速度、波高进行数据分析，得到各断面的波高沿程随时间变化曲线，从而得出不同岸坡粗糙度、岸坡形态下的波高变化规律和发展趋势，建立波高预测模型。