CN110438935B - 可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，包括宽度及坡度可调节的河道模型装置、泥石流沟道模型装置、降雨模拟装置以及水流流速控制系统，泥石流沟道模型装置位于河道模型装置右侧，沟道坡度可调节，降雨模拟装置包括与泥石流沟道模型装置相对设置的花洒喷头、水管和第一水流控制仪，可调节降雨雨量大小；水流流速控制系统用以控制河道模型装置内的水流速度。本发明提出的技术方案的有益效果是：解决有关泥石流河道堆积和致灾范围的多方面影响因素的综合研究，同时考虑滑坡入水速度、泥石流入水角、河道水流速度、河道宽度、河道两岸坡度等多种影响因素。

Description

可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备

技术领域

本发明涉及泥石流模型模拟装置技术领域，尤其涉及一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备。

背景技术

灾害泥石流在河道堆积对自然环境、人类生活和建设工程都有着十分显著的影响。泥石流物质堆积在河道，淤积厚度的增大容易堵塞形成堰塞坝，造成水位迅速的上涨危害下游安全；同时，泥石流在发生过程中，入水造成巨大的冲击力，形成的涌浪都会对岸坡建筑物及人民生命财产造成威胁；在水库库区，在水库蓄水后沟道内淤积厚度较大的泥石流物质，在水库水位降低时容易发生溯源冲刷，并且随着水位的下降，淤积的物质易发生崩塌，增加库容，影响水电站的安全运营，库区蓄水后岸坡坍塌和泥石流暴发蓄积的泥砂体积接近，甚至超过死水位库容后，水库将失去调节和发电功能，直接影响到水库的安全运行。

而泥石流河道堆积、堵塞和冲击力等特性是滑坡灾害评估的重要参数。这些特性与泥石流物质的物理性质、入水角、河道流量、泥石流运动速度速度等影响因素有关。目前，有关滑坡河道堆积致灾范围及涌浪高度的影响因素研究方面，都是从单因素或者双因素着手，亟需从多因素角度考虑。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，旨在解决有关泥石流河道堆积和致灾范围的多方面影响因素的综合研究，同时考虑滑坡入水速度、泥石流入水角、河道水流速度、河道宽度、河道两岸坡度等多种影响因素。

本发明的实施例提供一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，包括河道模型装置、泥石流沟道模型装置、降雨模拟装置以及水流流速控制系统；

所述河道模型装置包括底板、两个坡板和两个侧板，所述两个侧板安装于所述底板的前后两端，所述两个坡板沿前后向延伸且位于所述两个侧板之间，可沿左右向滑动且可绕底端转动安装于所述侧板上，与所述底板、所述两个侧板形成可容纳水流的内腔，所述两个侧板分别贯设有进水孔和出水孔；

所述泥石流沟道模型装置位于所述河道模型装置右侧，包括底座和沟道，所述底座呈可沿上下向伸缩设置，所述沟道朝左倾斜固定于所述底座上端，所述沟道下端与位于右侧的所述坡板相接；

所述降雨模拟装置包括花洒喷头、水管和第一水流控制仪，所述花洒喷头位于所述沟道上方，所述水管与所述花洒喷头连接，所述第一水流控制仪安装于所述水管上，用于控制降雨流量；

所述水流流速控制系统包括抽水泵和第二水流控制仪，所述抽水泵与所述进水孔和所述出水孔连接，用于与外部水源连接，所述第二水流控制仪安装于所述抽水泵上，用于控制所述河道模型装置内水流流速。

进一步地，所述沟道包括多个子沟道，所述底座包括与所述多个子沟道对应的多个沟道支柱，所述沟道支柱呈可沿上下向伸缩设置，所述子沟道安装于所述沟道支柱顶部，相邻所述子沟道首尾相连，且通过弹性连接件连接。

进一步地，位于右端的所述子沟道呈扇形设置，所述位于右端的子沟道在水平向的宽度自左向右呈渐宽设置，用于放置泥石流试样。

进一步地，所述两个坡板的底端向前后分别凸伸形成凸起；

每一所述侧板包括呈可沿左右向伸缩设置的子侧板和两个调节板，四个所述调节板分别设于所述两个坡板的前后两端，四个所述调节板可沿左右向滑动安装于所述底板上，位于前端的所述子侧板左右两端分别与位于前端的两个所述调节板相连，位于后端的所述子侧板左右两端分别与位于后端的所述调节板相连，所述调节板与所述凸起相对的位置贯设有安装孔，所述凸起通过与螺母配合安装于所述安装孔中，以使所述两个坡板均转动安装于所述调节板上。

进一步地，所述底板前端和后端均设有沿左右向延伸且槽口向上的横向凹槽，所述调节板底部设有沿左右向延伸的凸筋，所述凸筋与所述横向凹槽配合，以使所述调节板滑动安装于所述底板上。

进一步地，所述子侧板包括外套板和两个内套板，所述两个内套板分别位于所述外套板左右两侧，且套设于所述外套板内，所述内套板与相邻的两个所述调节板连接。

进一步地，所述外套板下端呈开口设置，所述内套板下端从所述外套板下端穿出安装于所述横向凹槽内；所述调节板靠近所述侧板的一侧设有竖向凹槽，所述内套板靠近所述调节板的一侧安装于所述竖向凹槽内。

进一步地，所述调节板上设有角度刻度标尺。

进一步地，所述沟道内壁设有粗糙层，所述粗糙层由角砾、粗砂通过粘胶构成。

进一步地，还包括试验数据测量系统，所述试验数据测量系统包括第一流速测量仪、第二流速测量仪、涌浪测量板、检测试纸和高速摄像机，所述涌浪测量板设于位于左侧的所述坡板上，所述检测试纸固定于所述涌浪测量板上，所述第一流速测量仪固定于所述河道模型装置内，用于测量所述河道模型装置内水流流速，所述第二流速测量仪安装于所述右岸坡板与所述沟道下端相对的位置，用于测量所述泥石流从所述沟道底部滑入至所述河道模型装置时的入水流速；所述高速摄像机与所述沟道下端相对设置，用于记录所述泥石流从所述沟道底部滑入至所述河道模型装置时的影像。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过改变侧板安装于底板的位置，坡板的倾斜角度，从而可以进行不同河道宽度、不同坡度的模拟试验；通过水泵和第二水流控制仪来调节水槽水流流速，可以改变河道模型装置内的水流速度和水位高度，从而研究不同水位和流量的模拟试验；降雨模拟装置通过第一水流控制仪调节模拟雨水的大小，河道模型装置连接泥石流沟道模型装置，可通过底座调节沟道坡度、控制雨量的大小、物源量的大小可以对泥石流提供大小不同的动能，从而使泥石流流入水的速度不同，进而可以使泥石流滑坡以不同的入水速度进行模拟试验。

附图说明

图1是本发明提供的可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备的结构示意图；

图2是图1中河道模型装置、水流流速控制系统和试验数据测量系统的结构示意图；

图3是图1中河道模型装置的结构示意图；

图4是图1中侧板的底视图和主视图；

图5是图1中泥石流沟道模型装置和降雨模拟装置的结构示意图；

图6是图1中沟道的局部结构示意图；

图7是图1中弹性连接件的局部结构示意图；

图中：河道模型装置1、底板支座11、底板12、横向凹槽121、侧板13、子侧板131、外套板131a、内套板131b、进水孔131c、出水孔131d、调节板132、凸筋132a、竖向凹槽132b、安装孔132c、角度刻度标尺132d、坡板14、角度指示条141、泥石流沟道模型装置2、底座21、沟道支柱211、沟道22、子沟道221、弹性连接件23、软性体231、支撑部232、弹簧233、降雨模拟装置3、支座31、花洒喷头32、水管33、开关34、第一水流控制仪35、水流流速控制系统4、水箱41、抽水泵42、第二水流控制仪43、试验数据测量系统5、第一流速测量仪51、第二流速测量仪52、涌浪测量板53、高速摄像机54。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参见图1，本发明实施例提供一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，包括河道模型装置1、泥石流沟道模型装置2、降雨模拟装置3、水流流速控制系统4以及试验数据测量系统5。

请参见图1至图3，所述河道模型装置1包括底板支座11、底板12、两个侧板13和两个坡板14。所述底板12固定于底板支座11上，底板12前端和后端均设有沿左右向延伸且槽口向上的横向凹槽121。每一所述侧板13包括呈可沿左右向伸缩设置的子侧板131和两个调节板132，所述两个子侧板131分别安装于所述底板12的前端和后端，所述两个子侧板131分别贯设有进水孔131c和出水孔131d。本实施例中，位于前端的子侧板131贯设有两个进水孔131c，位于后端的子侧板131贯设有两个出水孔131d,。请参见图4，所述子侧板131包括外套板131a和两个内套板131b，所述两个内套板131b分别位于所述外套板131a左右两侧，且套设于所述外套板131a内。可以将外套板131a的下端安装于横向凹槽121内，本实施例中，所述外套板131a下端呈开口设置，所述内套板131b下端从所述外套板131a下端穿出安装于所述横向凹槽121内。

请参见图3，两个所述侧板13分别包括两个调节板132，四个调节板132分别设于所述两个子侧板131的左右两端，所述四个调节板132可沿左右向滑动安装于所述底板12上，本实施例中，请参见图4，所述调节板132底部设有沿左右向延伸的凸筋132a(请参见图4)，所述凸筋132a与所述横向凹槽121配合，以使所述调节板132滑动安装于所述底板12上。位于前端的所述子侧板131左右两端分别与位于前端的两个所述调节板132相连，位于后端的所述子侧板131左右两端分别与位于后端的所述调节板132相连，本实施例中，所述调节板132靠近所述子侧板131的一侧设有竖向凹槽132b(请参见图4)，所述内套板131b靠近所述调节板132的一侧安装于所述竖向凹槽132b内。

请参见图3，所述两个坡板14沿前后向延伸且位于所述两个侧板13之间，可沿左右向滑动且可绕底端转动安装于所述侧板13上，本实施例中，各个坡板14位于前后相对的两个调节板132之间，且转动安装于调节板132上。所述两个坡板14与所述底板12、所述两个侧板13形成可容纳水流的内腔。本实施例中，所述两个坡板14的底端向前后分别凸伸形成凸起(图中未示出)，所述调节板132贯设有安装孔132c，所述凸起通过与螺母配合安装于所述安装孔132c中，以使所述两个坡板14均转动安装于所述调节板132上，从而可调节坡板14的倾斜角度，调节板132在底板12上左右滑动从而带动两个坡板14在底板12上左右滑动，从而可调节两个坡板14之间的距离而改变河道的宽度，可以模拟河道不同坡度和不同宽度对泥石流入水堆积的影响。

请参见图3，所述调节板132上设有角度刻度标尺132d，所述安装孔132c设在所述角度刻度标尺132d的圆心处，可根据两个坡板14在角度刻度标尺132d指示的度数得出坡板14的倾斜角度，本实施例中，两个坡板14前后两端均设有角度指示条141，角度指示条141沿坡板14宽度一侧的延伸方向延伸，用于在坡板14转动时指向角度刻度标尺132d的刻度。

请参见图1和图5，所述泥石流沟道模型装置2位于所述河道模型装置1右侧，包括底座21和沟道22，所述底座21呈可沿上下向伸缩设置，本实施例中，所述底座21包括多个沟道支柱211，所述沟道支柱211呈可沿上下向伸缩设置，此为现有技术，在此不做具体介绍。所述沟道22朝左倾斜固定于所述底座21上端，所述沟道22下端与位于右侧的所述坡板14相接，所述沟道22内壁设有粗糙层，所述粗糙层由角砾、粗砂通过粘胶构成，可模拟泥石流沟道22的粗糙度。本实施例中，所述沟道22包括与多个沟道支柱211相对设置的多个子沟道221，所述子沟道221安装于所述沟道支柱211顶部，本实施例中，子沟道221通过螺钉固定于沟道支柱211上。相邻所述子沟道221首尾相连，且通过弹性连接件23连接(请参见图6)，使各个子沟道221在调整倾斜角度时，对各个子沟道221之间的连接不造成影响，弹性连接件23可以为波纹管，在本实施例中，请参见图6和图7，弹性连接件23包括软性体231、多个呈弧形设置且沿左右向排布的支撑部232，相邻支撑部232之间通过弹簧233连接，通过弹簧233连接的支撑部232固定于软形体底部。抬升和降低沟道支柱211的高度可以改变每段沟道22的角度，从而可以模拟泥石流以不同入水角度的模拟试验。其中，位于右端的所述子沟道221呈扇形设置，所述位于右端的子沟道221在水平向的宽度自左向右呈渐宽设置，用于放置泥石流试样。

请参见图5，所述降雨模拟装置3包括支座31、花洒喷头32、水管33、开关34和第一水流控制仪35，所述花洒喷头32固定于支座31上，位于所述沟道22上方，所述水管33与所述花洒喷头32连接，所述第一水流控制仪35安装于所述水管33上，用于控制降雨流量，所述开关34安装于所述水管33上，用以控制水管33的开启。

请参见图2，所述水流流速控制系统包括水箱41、抽水泵42和第二水流控制仪43，所述抽水泵42与所述进水孔131c和所述出水孔131d连接，用于与外部水源连接，本实施例中，所述抽水泵42与所述水箱41通过水管相连。所述第二水流控制仪43安装于所述抽水泵42上，用于控制所述河道模型装置1内水流流速。本实施例中，抽水泵42和第二水流控制仪43的数量均为四个，两个抽水泵42与两个进水孔131c相连，两个抽水泵42与两个出水孔131d相连，抽水泵42通过水管与水箱41相连，将水箱41内的水抽进河道模型装置1内，再回流至水箱41形成循环。通过控制河道模型装置1内水流流速和水位高度，可以模拟不同水流速度和不同水位高度对泥石流入水堆积的影响。

请参见图1和图2，所述试验数据测量系统5包括第一流速测量仪51、第二流速测量仪52、涌浪测量板53、检测试纸和高速摄像机54，所述涌浪测量板53设于位于左侧的所述坡板14上，所述检测试纸固定于所述涌浪测量板53上，当泥石流从沟道22上冲入至河道模型装置1内时激起的浪花，会使检测试纸遇水变红色，从而可看出浪花的高度，可直观地观测泥石流对水流涌浪的影响。所述第一流速测量仪51固定于所述河道模型装置1内，用于测量所述河道模型装置1内水流流速，本实施例中，第一流速测量仪51为毕托管；所述第二流速测量仪52安装于所述右侧坡板14与所述沟道22下端相对的位置，用于测量所述泥石流从所述沟道22底部滑入至所述河道模型装置1时的入水流速，本实施例中，第二流速测量仪52为激光测速仪；所述高速摄像机54与所述沟道22下端相对设置，用于记录所述泥石流从所述沟道22底部滑入至所述河道模型装置1时的影像。

在具体试验过程中，将检测试纸固定至位于左侧坡板14的指定位置，安装好高速摄像机54，转动两侧坡板14的坡度到指定角度，拉伸内套板131b将河道的宽度调整至指定大小，调整沟道支柱211以将沟道22调整至指定倾斜角度，将预制试样放置在泥石流沟道模型装置2右端的沟道22上，打开抽水泵42，调节流量控制仪控制降雨量，使河道模型装置1内的水流速度和水位满足试验要求，打开高速摄像机54、激光测速仪，打开降雨模拟装置3的开关34，调节流量控制仪控制降雨量，当泥石流涌入河道模型装置1时，利用激光测速仪记录泥石流流入的速度，利用高速摄像机54记录泥石流流入至河道模型装置1内至堆积静止的整个过程，当泥石流涌入时，水流由于受到冲击激起涌浪至检测试纸上，根据检测试纸的变色情况可看出涌浪高度和范围。

通过改变子侧板131的伸缩长度从而改变侧板13的宽度进而改变河道模型装置1的宽度，通过转动坡板14从而改变河道模型装置1的两岸坡度，可以进行不同河道宽度、不同坡度的模拟试验。通过安装在进水孔131c及出水孔131d的抽水泵42和第二水流控制仪43来调节水流流速，可以改变河道模型装置1内的水流速度和水位高度，从而研究不同水位和流量的模拟试验。河道模型装置1连接泥石流沟道模型装置2，泥石流沟道模型装置2右端的子沟道221用于放置泥石流预制试样，降雨模拟装置3通过第一水流控制仪35调节模拟雨量的大小，可通过底座21调节沟道22坡度、控制雨量的大小、物源量的大小可以对泥石流提供大小不同的动能，从而使泥石流流入水的速度不同，进而可以使泥石流滑坡以不同的入水速度进行模拟试验。试验数据测量装置包括第一流速测量仪51、第二流速测量仪52、涌浪测量板53以及高速摄像机54来测量滑坡水下堆积形貌及致灾害范围，可以有效的测出水流速度，泥石流入水速度和记录泥石流运动全过程；涌浪测量板53上设置了粘贴遇水检测试纸，该检测试纸遇水后即刻变成红色，这样可以直观的观测泥石流对河水涌浪的影响。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (5)

1.一种可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，其特征在于，包括河道模型装置、泥石流沟道模型装置、降雨模拟装置以及水流流速控制系统；

所述河道模型装置包括底板、两个坡板和两个侧板，所述两个侧板安装于所述底板的前后两端，所述两个坡板沿前后向延伸且位于所述两个侧板之间，可沿左右向滑动且可绕底端转动安装于所述侧板上，与所述底板、所述两个侧板形成可容纳水流的内腔，所述两个侧板分别贯设有进水孔和出水孔；

所述两个坡板的底端向前后分别凸伸形成凸起；每一所述侧板包括呈可沿左右向伸缩设置的子侧板和两个调节板，四个所述调节板分别设于所述两个坡板的前后两端，四个所述调节板可沿左右向滑动安装于所述底板上，位于前端的所述子侧板左右两端分别与位于前端的两个所述调节板相连，位于后端的所述子侧板左右两端分别与位于后端的所述调节板相连，所述调节板与所述凸起相对的位置贯设有安装孔，所述凸起通过与螺母配合安装于所述安装孔中，以使所述两个坡板均转动安装于所述调节板上；

所述泥石流沟道模型装置位于所述河道模型装置右侧，包括底座和沟道，所述底座呈可沿上下向伸缩设置，所述沟道朝左倾斜固定于所述底座上端，所述沟道下端与位于右侧的所述坡板相接；

所述降雨模拟装置包括花洒喷头、水管和第一水流控制仪，所述花洒喷头位于所述沟道上方，所述水管与所述花洒喷头连接，所述第一水流控制仪安装于所述水管上，用于控制降雨流量；

所述水流流速控制系统包括抽水泵和第二水流控制仪，所述抽水泵与所述进水孔和所述出水孔连接，用于与外部水源连接，所述第二水流控制仪安装于所述抽水泵上，用于控制所述河道模型装置内水流流速。

2.如权利要求1所述的可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，其特征在于，所述底板前端和后端均设有沿左右向延伸且槽口向上的横向凹槽，所述调节板底部设有沿左右向延伸的凸筋，所述凸筋与所述横向凹槽配合，以使所述调节板滑动安装于所述底板上。

3.如权利要求2所述的可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，其特征在于，所述子侧板包括外套板和两个内套板，所述两个内套板分别位于所述外套板左右两侧，且套设于所述外套板内，所述内套板与相邻的两个所述调节板连接。

4.如权利要求3所述的可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，其特征在于，所述外套板下端呈开口设置，所述内套板下端从所述外套板下端穿出安装于所述横向凹槽内；所述调节板靠近所述侧板的一侧设有竖向凹槽，所述内套板靠近所述调节板的一侧安装于所述竖向凹槽内。

5.如权利要求1所述的可调多功能泥石流河道堆积致灾范围试验设备，其特征在于，所述调节板上设有角度刻度标尺。

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