CN111650357A - 一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，属于岩土工程及山地灾害技术领域。该实验装置包括泥石流浆体制备装置、支撑装置、泥石流浆体盛放与提升装置、沟槽装置、淤积回收装置。泥石流浆体制备装置可以制备不同含水率的泥石流浆体，泥石流浆体盛放与提升装置用于盛放和提升释放泥石流，沟槽装置可以模拟不同沟道坡度、不同弯道角度的工况，淤积回收装置可以模拟泥石流的冲淤过程，实验结束后水砂分离器可将水砂进行分离循环使用。本发明通过各装置间的配合可以完成不同含水率的泥石流浆体在不同沟道坡度、不同弯道角度条件下的演进过程，并通过人工和自动化设备监测记录泥石流的冲击、运动和淤积等参数的采集。

Description

一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置

技术领域

本发明涉及一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，主要用于 沟道型泥石流、尾矿坝或土石坝溃坝型泥石流演进特性实验研究，属于岩土工程 及山地灾害技术领域。

背景技术

泥石流是一种突发性的地质灾害，几乎在世界上所有的山区都有可能发生， 是山区最严重的自然灾害之一，遍及全球50多个国家。我国是一个多山的国家， 山地面积广阔，又多处于季风气候区，是受泥石流危害最重的国家之一。泥石流 的破坏性表现在其运动过程中巨大的冲击力和大幅度的淤埋，它能摧毁城镇、村 庄、厂矿企业，埋没农田、森林，堵塞江河，破坏交通实施和引发其他次生灾害， 对下游居民生命财产安全和生态环境造成巨大的威胁。

泥石流的形成需具备物源、水源、地形地貌三大条件。除山区自然形成的 泥石流外，人工修筑的尾矿坝、土石坝也具备形成泥石流三大条件：尾矿库中大 量排放的尾矿、土石坝的坝体和坝内淤积的泥沙为泥石流形成提供了的物源条件； 尾矿库内积水、土石坝坝内蓄水为泥石流的形成提供水源条件；尾矿库、土石坝 高大的坝体形成巨大高差为泥石流形成提供地形地貌条件。尾矿坝、土石坝多为 散体材料构筑自身稳定性差，在突发暴雨、山洪或地震等极端条件下极易诱发尾 矿坝或土石坝溃坝形成溃坝泥石流。

影响泥石流演进特性的因素较多，可以简单的分为内部因素和边界条件两大 类。内部因素主要指泥石流的含水率，泥石流是水和泥沙、石块组成的固-液两 相流，含水率对泥石流演进过程中流态特征影响极大。颗粒物质含量少的稀性泥 石流含水率高，其粘度小、浮托力弱，呈多相不等速紊流运动特征，流向不固定 易，改道漫流；颗粒物质含量多的粘性泥石流含水率低，其粘度大、浮托力强， 具有等速整体运动特征，流路集中不易分散。边界条件主要指：沟道长、沟道坡 度、弯道角度、和初始条件泥石流流量等，对泥石流流速、流量、直进性和爬高 性、冲击力、淤积幅度等演进特性有着重要影响。因此，系统开展不同含水率的 泥石流在不同边界条件下演进特性实验，对了解泥石流运动与淤积规律、泥石流灾害防治和泥石流灾害评价具有重要的意义。

泥石流演进特性实验研究主要通过沟槽模型来实现。目前，关于泥石流的沟 槽实验装置，主要是研究泥石流启动和运动特性的装置，只能进行简单条件下的 泥石流演进特性实验研究。沟道坡度作为边界条件关键部分对泥石流演进特性有 着重要的影响，现有实验装置大多为固定不可变坡模型，少数具有一定变坡功能 的泥石流实验设备主要通过液压支架来实现变坡，液压支架在变坡过程中难以实 现快捷、精准变坡，坡度过高时甚至有倾倒危险。此外，现有实验装置还存在弯 道多为固定角度弯道，考虑情况单一；对于泥石流演进特性参数多集中在多泥石 流流速与冲击力的监测，忽略了泥石流淤积特性的监测，往往将泥石流的冲淤过 程割裂开研究；对于泥石流整个演进过程中泥石流含水率、沟道角度、弯道角度、 断面变化耦合作用的研究涉及较少的问题。因此对泥石流演进特性的实验模型应 考虑便捷性、多功能、系统一体性和可操作性。

发明内容

针对现有泥石流实验装置的不足，本发明提供了一种模拟复杂条件下泥石流 演进过程的新型实验装置，该装置可以模拟不同含水率的泥石流浆体在不同沟道 坡度、不同弯道角度条件下的演进过程，并通过人工和自动化设备监测记录泥石 流的冲击、运动和淤积等参数，进而实现对不同条件下泥石流演进特性的研究。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，包括泥石流浆体制备 装置、支撑装置、泥石流浆体盛放与提升装置、沟槽装置、淤积回收装置；

所述泥石流浆体制备装置的出浆口位于泥石流浆体盛放与提升装置中泥石 流盛放槽16的上方，泥石流浆体盛放与提升装置可升安装在支撑装置上，泥石 流盛放槽16与沟槽装置前端连接，沟槽装置末端与淤积回收装置连接；沟槽装 置包括自前而后依次连接的变坡沟槽30、水平滑动沟槽48、弯道沟槽装置53。

具体地，所述泥石流浆体制备装置包括水箱1、抽水泵2、供水阀门3、水 管Ⅰ4、电磁流量计5、水管Ⅱ6、搅拌机传动杆7、搅拌叶片8、搅拌机9、搅拌 机支撑柱10、搅拌电机支架11、搅拌电机12、泥石流浆体排放阀门13、泥石流 浆体排放管14、附加排放管67。搅拌机9位于水管Ⅱ6出水口下方，水箱1中 蓄水依次通过水管Ⅰ4、水管Ⅱ6被抽入搅拌机9中，水管上设有供水阀门3和 电磁流量计5，搅拌机9底部设有三个搅拌机支撑柱10固定支撑，搅拌电机12 由搅拌电机支架11固定于搅拌机9底部，搅拌电机12上连有搅拌机传动杆7 并伸入搅拌机9内与搅拌叶片8相连，搅拌机9底部设有泥石流浆体排放阀门 13，泥石流浆体排放管14一端与附加排放管67连接另一端与泥石流浆体排放阀 门13连接。

具体地，所述支撑装置包括下部水平横梁17、上部水平横梁18、支撑立柱 21、提升高度标尺35、连杆支座37。四个支撑立柱21顶端与四个上部水平横梁 18相互垂直连接，四个支撑立柱21下部与四个下部水平横梁17相互垂直连接。

优选地，与所述沟槽装置相接触的两个支撑立柱21上设有提升高度标尺35 和连杆支座37。

具体地，所述泥石流浆体盛放与提升装置还包括盛放槽吊耳15、起重电机 19、柔性钢绳Ⅰ20、闸门提升电机22、滑轮支架23、电机传动杆24、滑轮25、 传动杆支座26、柔性钢绳Ⅱ27、闸门吊耳28、闸门29。所述上部水平横梁18 上设有四个起重电机19和一个闸门提升电机22，闸门提升电机22上连有电机 传动杆24，电机传动杆24末端连接在传动杆支座26上，泥石流盛放槽16两侧 分别设有两个盛放槽吊耳15，闸门29顶部设有两个闸门吊耳28，柔性钢绳Ⅰ20 一端绕于起重电机19另一端连接盛放槽吊耳15，柔性钢绳Ⅱ27一端绕于电机传 动杆24另一端水平绕过滑轮25竖直向下连接闸门吊耳28，滑轮支架23下部连 接上部水平横梁18上部固定滑轮25，闸门29的两侧与泥石流盛放槽16末端的 两侧接触。

具体地，所述的沟槽装置还包括测速仪支架Ⅰ31、超声波测速仪Ⅰ32、冲击 力传感器Ⅰ33、沟槽刻度线Ⅰ34、连接杆轴Ⅰ36、玻璃挡板Ⅰ38、沟槽底板Ⅰ39、 连接轴杆Ⅱ40、玻璃挡板Ⅱ41、沟槽底板Ⅱ42、移动支柱43、测速仪支架Ⅱ44、 超声波测速仪Ⅱ45、冲击力传感器Ⅱ46、沟槽刻度线Ⅱ47、滚轮68；所述变坡 沟槽30的沟槽底板Ⅰ39两侧设有玻璃挡板Ⅰ38，玻璃挡板Ⅰ38前端与泥石流盛 放槽16的两侧接触，玻璃挡板Ⅰ38上设有冲击力传感器Ⅰ33、沟槽刻度线Ⅰ34， 测速仪支架Ⅰ31上设有超声波测速仪Ⅰ32，并通过紧固螺栓71将测速仪支架Ⅰ31固定在沟槽底板Ⅰ39上，变坡沟槽30底部通过连接杆轴Ⅰ36与泥石流盛放 槽16底部连接，所述水平滑动沟槽48的沟槽底板Ⅱ42两侧设有玻璃挡板Ⅱ41， 玻璃挡板Ⅱ41上设有冲击力传感器Ⅱ46、沟槽刻度线Ⅱ47，测速仪支架Ⅱ44上 设有超声波测速仪Ⅱ45，并通过紧固螺栓71将测速仪支架Ⅱ44固定在沟槽底板 Ⅱ42上，沟槽底板Ⅱ42底部四角分别设有一个移动支柱43，移动支柱43下端 设有两个滚轮68，水平滑动沟槽48通过连接杆轴Ⅱ40与变坡沟槽30连接，弯 道沟槽装置53前端与水平滑动沟槽48连接，末端与淤积回收装置连接。

更加具体地，所述的弯道沟槽装置53的弯道角度根据实验需求，选取30° 弯道槽52、45°弯道槽72、60°弯道槽56自由组合成小于或等于90°的弯道，选 择后的各弯道槽之间通过紧固螺栓71相互连接，可组合30°、45°、60°、75°、 90°五种特定角度，每一个弯道槽均设有弯道沟槽底板57、弯道沟槽挡板49，弯 道沟槽底板57两侧设有弯道沟槽挡板49，弯道沟槽挡板49上设有弯道沟槽刻 度线51，整段弯道沟槽装置53上设有一个冲击力传感器Ⅲ50或每个弯道槽上设 有一个冲击力传感器Ⅲ50，整段弯道沟槽装置53中的任意一个弯道槽的弯道沟 槽底板57上安装有测速仪支架Ⅲ54，测速仪支架Ⅲ54上设有超声波测速仪Ⅲ55。

具体地，所述的淤积回收装置包括泥石流淤积槽58、泥深测针59、沟槽支 柱60、玻璃挡Ⅲ61、淤积槽底板62、沟槽水平挡板63、泥石流回收闸门64、泥 石流回收槽65、水沙分离器66，泥石流淤积槽58前端与沟槽装置末端连接且其 两侧设有玻璃挡Ⅲ61，泥石流淤积槽58上等距排列设有泥深测针59，淤积槽底 板62四角设有沟槽支柱60，沟槽水平挡板63安装在泥石流淤积槽58末端且其 上设有闸门Ⅱ64，闸门Ⅱ64外侧连接泥石流回收槽65，水沙分离器66位于泥石 流回收槽65下方。

优选地，所述闸门29与泥石流盛放槽16接触处设有防水橡胶条69密封。

优选地，所述玻璃挡板Ⅰ38前端与泥石流盛放槽16两侧重叠接触处设有四 分之一圆弧过渡。

本发明的有益效果是：

1、本发明可以实现泥石流浆体试样供水、搅拌和泥石流释放的连续化和自 动化，以及模拟实验过程中大部分数据采集的自动化，提高泥石流模拟实验的效 率，节省大量的人力和物力；

2、本发明可以模拟不同含水率的泥石流浆体在不同沟道坡度、不同弯道角 度条件下的演进过程，可模拟工况条件多，满足实验需求范围广；

3、本发明可以通过人工和自动化设备监测采集泥石流演进过程中的冲击力、 运动速度、冲淤高度和运移距离参数，为泥石流演进特性、致灾和防灾减灾研究 提供了大量的参考数据；

4、本发明在实验结束后可对水沙进行分离，循环使用试验材料，避免浪费。

附图说明

图1是本发明的沟槽在水平状态下整体结构示意图；

图2是本发明的泥石流浆体制备装置结构示意图；

图3是本发明的沟道坡角为30°时的部分结构示意图；

图4是本发明的泥石流浆体盛放与提升装置示意图；

图5是本发明的变坡沟槽与水平滑动沟槽连接方式示意图；

图6是本发明的水平滑动沟槽与弯道沟槽连接方式示意图；

图7是本发明的弯道沟槽装置结构示意图；

图8是本发明的测速仪支架与沟槽的连接方式示意图。

图中各标号为：1—水箱、2—抽水泵、3—供水阀门、4—水管Ⅰ、5—电磁 流量计、6—水管Ⅱ、7—搅拌电机传动杆、8—搅拌叶片、9—搅拌机、10—搅拌 机支撑柱、11—搅拌电机支架、12—搅拌电机、13—物料阀门、14—物料排放管、 15—盛放槽吊耳、16—泥石流盛放槽、17—下部水平横梁、18—上部水平横梁、 19—起重电机、20—柔性钢绳Ⅰ、21—支撑立柱、22—闸门提升电机、23—滑轮 支架、24—电机传动杆、25—滑轮、26—传动杆支座、27—柔性钢绳Ⅱ、28—闸 门吊耳、29—闸门、30—变坡沟槽、31—测速仪支架Ⅰ、32—超声波测速仪Ⅰ、 33—冲击力传感器Ⅰ、34—槽刻度线Ⅰ、35—提升高度标尺、36—连接轴杆Ⅰ、 37—连杆支座、38—玻璃挡板Ⅰ、39—沟槽底板Ⅰ、40—连接轴杆Ⅱ、41—玻璃 挡板Ⅱ、42—沟槽底板Ⅱ、43—移动支柱、44—测速仪支架Ⅱ、45—超声波测速 仪Ⅱ、46—冲击力传感器Ⅱ、47—沟槽刻度线Ⅱ、48—水平滑动沟槽、49—弯道 沟槽挡板、50—冲击力传感器Ⅲ、51—弯道沟槽刻度线、52—30°弯道槽、53— 弯道沟槽装置、54—测速仪支架Ⅲ、55—超声波测速仪Ⅲ、56—60°弯道槽、57 —弯道沟槽底板、58—泥石流淤积槽、59—泥深测针、60—沟槽支柱、61—玻璃 挡Ⅲ、62—淤积槽底板、63—沟槽水平挡板、64—闸门Ⅱ、65—泥石流回收槽、66—水沙分离器、67—延伸排放管、68—滚轮、69—防水橡胶条、70—螺孔、71 —紧固螺栓、72—45°弯道槽、73—轴孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1至8所示，一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实 验装置，包括泥石流浆体制备装置、支撑装置、泥石流浆体盛放与提升装置、沟 槽装置、淤积回收装置；

所述泥石流浆体制备装置的出浆口位于泥石流浆体盛放与提升装置中泥石 流盛放槽16的上方，泥石流浆体盛放与提升装置安装在支撑装置上，泥石流盛 放槽16与沟槽装置前端连接，沟槽装置末端与淤积回收装置连接；沟槽装置包 括自前而后依次连接的变坡沟槽30、水平滑动沟槽48、弯道沟槽装置53。

进一步地，所述泥石流浆体制备装置包括水箱1、抽水泵2、供水阀门3、 水管Ⅰ4、电磁流量计5、水管Ⅱ6、搅拌机传动杆7、搅拌叶片8、搅拌机9、搅 拌机支撑柱10、搅拌电机支架11、搅拌电机12、泥石流浆体排放阀门13、泥石 流浆体排放管14、附加排放管67。所述搅拌机9用于搅拌泥石流试样品，其底 部通过搅拌机支撑柱10固定在地面，搅拌电机支架11将搅拌电机12固定在搅 拌机9底部，搅拌电机12上连有搅拌机传动杆7并伸入搅拌机9内与搅拌叶片 8相连，搅拌电机12为搅拌机传动杆7提供动力并带动搅拌叶片8旋转实现泥 石流试样品搅拌，水箱1中蓄水依次通过水管Ⅰ4、水管Ⅱ6被抽水泵2抽入搅 拌机9中，水管上设有供水阀门3控制水流通断和电磁流量计5控制供水量，实 现对泥石流含水率的定量配制，搅拌机9底部设有泥石流浆体排放阀门13，打 开泥石流浆体排放阀门13泥石流浆体在重力作用下流经排放管14、附加排放管 67排入泥石流盛放槽16中。

进一步地，所述支撑装置包括下部水平横梁17、上部水平横梁18、支撑立 柱21、提升高度标尺35、连杆支座37。所述支撑立柱21顶端与上部水平横梁 18、下部水平横梁17相互垂直连接构成立方体支撑架，用于支撑固定泥石流浆 体盛放与提升装置，支撑架右侧两个支撑立柱21上设有提升高度标尺35和连杆 支座37，提升高度标尺35用于确定泥石流盛放槽16提升高度，连杆支座37用 于支撑水平放置的连接杆轴Ⅰ36。

进一步地，所述泥石流浆体盛放与提升装置包括盛放槽吊耳15、泥石流盛 放槽16、起重电机19、柔性钢绳Ⅰ20、闸门提升电机22、滑轮支架23、电机传 动杆24、滑轮25、传动杆支座26、柔性钢绳Ⅱ27、闸门吊耳28、闸门29、防 水橡胶条69。所述泥石流盛放槽16用于盛放泥石流浆体试样，其两侧设有盛放 槽吊耳15，闸门29与泥石流盛放槽16接触处设有防水橡胶条69，防水橡胶条 69密封防止泥石流浆体渗出，起重电机19固定在上部水平横梁18上，柔性钢 绳Ⅰ20一端绕于起重电机19另一端连接盛放槽吊耳15，启动起重电机19收卷 柔性钢绳Ⅰ将泥石流盛放槽16缓慢提升，柔性钢绳Ⅱ27一端绕于电机传动杆24 另一端水平绕过滑轮25竖直向下连接闸门吊耳28，滑轮25由滑轮支架23固定， 闸门提升电机22上连有电机传动杆24，电机传动杆24末端连接在传动杆支座 26上，启动闸门提升电机22带动电机传动杆24旋转收卷柔性钢绳Ⅱ27，将闸 门29提起释放泥石流浆体。

进一步地，所述沟槽装置还包括测速仪支架Ⅰ31、超声波测速仪Ⅰ32、冲击 力传感器Ⅰ33、沟槽刻度线Ⅰ34、连接杆轴Ⅰ36、玻璃挡板Ⅰ38、沟槽底板Ⅰ39、 连接轴杆Ⅱ40、玻璃挡板Ⅱ41、沟槽底板Ⅱ42、移动支柱43、测速仪支架Ⅱ44、 超声波测速仪Ⅱ45、冲击力传感器Ⅱ46、沟槽刻度线Ⅱ47、弯道沟槽挡板49、 冲击力传感器Ⅲ50、弯道沟槽刻度线51、30°弯道槽52、测速仪支架Ⅲ54、超声 波测速仪Ⅲ55、60°弯道槽56、弯道沟槽底板57、滚轮68、紧固螺栓71、45° 弯道槽72。所述变坡沟槽30底部通过连接杆轴Ⅰ36与泥石流盛放槽16底部相连(连接方式与图5中的方式类似)，水平滑动沟槽48通过连接杆轴Ⅱ40与变 坡沟槽30连接(如图5所示，沟槽底板Ⅰ39、沟槽底板Ⅱ42的端部对应处设有 螺孔73，杆轴Ⅱ40穿过螺孔73将水平滑动沟槽48和变坡沟槽30连接在一起)， 沟槽底板Ⅱ42四端设有移动支柱43，移动支柱43底部设有两个滚轮68可以水 平滑动，提升泥石流盛放槽16时带动变坡沟槽30左端向上抬升右端向左移动， 泥石流盛放槽16提升到实验要求高度时30沟槽底板Ⅰ39与水平线夹角角度确 定，该夹角即模拟的沟道坡角，变坡沟槽30同时牵引水平滑动沟槽48向左移动， 沟道坡角为30°时如图3所示，水平滑动沟槽48完成移动后通过紧固螺栓71 将弯道沟槽装置53与水平滑动沟槽48固定连接，弯道沟槽装置53的弯道角度 可根据实验需求，可以选取30°弯道槽52、45°弯道槽72、60°弯道槽56组合成30°、45°、60°、75°、90°五种特征角度，弯道角度为90°时如图1所示，玻璃 挡板Ⅰ38、玻璃挡板Ⅱ41、弯道沟槽挡板49上均设有沟槽刻度线Ⅰ34、沟槽刻 度线Ⅱ47，每一个弯道槽均设有弯道沟槽底板57、弯道沟槽挡板49，弯道沟槽 底板57两侧设有弯道沟槽挡板49，弯道沟槽挡板49上设有弯道沟槽刻度线51， 整段弯道沟槽装置53上设有一个冲击力传感器Ⅲ50或每个弯道槽上设有一个冲 击力传感器Ⅲ50，整段弯道沟槽装置53中的任意一个弯道槽的弯道沟槽底板57 上安装有测速仪支架Ⅲ54，测速仪支架Ⅲ54上设有超声波测速仪Ⅲ55，各沟槽 刻度线可观测泥石流冲淤高度变化，各冲击力传感器可以自动记录泥石流流过时 的冲击力，冲击力传感器设置数量和位置可根据实验需求选择，各测速仪支架上 设有超声波测速仪，紧固螺栓71将测速仪支架固定在各沟槽底板上，超声波测 速仪可自动记录泥石流流经该区域时的所有流速。

所述淤积回收装置包括泥石流淤积槽58、泥深测针59、沟槽支柱60、玻璃 挡Ⅲ61、淤积槽底板62、沟槽水平挡板63、泥石流回收闸门64、泥石流回收槽 65、水沙分离器66。所述泥石流淤积槽58前端通过紧固螺栓71与弯道沟槽装 置53末端连接，淤积槽底板62底部设有沟槽支柱60支撑，沟槽水平挡板63 安装在泥石流淤积槽58末端且其上设有闸门Ⅱ64，闸门Ⅱ64外侧连接泥石流回 收槽65，水沙分离器66位于泥石流回收槽65下方，泥石流淤积槽58上等距排 列设有泥深测针59，可以观测记录泥石流冲淤、沉积高度，实验结束后将沟槽 水平挡板63上的闸门Ⅱ64提起清洗实验装置，泥石流通过泥石流回收槽65流 入水沙分离器66，水沙分离器66可将泥石流中的水沙分离，实现资源的循环利 用。

利用本装置进行泥石流演进特性实验的具体操作步骤如下：

1、初始条件选取，根据实验设计要求选取下泄泥石流的总体积和含水率、 沟道坡度，通过下泄泥石流的总体积和含水率计算出所需泥沙质量M、水量体积 V，通过变坡沟槽30长度L和实验选取沟道坡度α可计算出泥石流盛放槽16需 要提升高度X，弯道角度选取30°弯道槽52、45°弯道槽72、60°弯道槽56可以 组合的30°、45°、60°、75°、90°五种特征角度之一。

2、配制泥石流浆体，向搅拌机9加入质量为M的泥沙，启动抽水泵2将水 箱1中蓄水注入搅拌机9，流过电磁流量计5的水量达到V时关闭抽水泵2和供 水阀门3，然后打开搅拌电机12，搅拌叶片8转动起来，不断搅拌水砂混合物， 搅拌均匀后开启泥石流浆体排放阀门13，将泥石流浆体排入泥石流盛放槽16， 泥石流排放完成后取下附加排放管67。

3、调整沟槽坡度，启动起重电机19收卷柔性钢绳Ⅰ20将泥石流盛放槽16 缓缓提升，提升泥石流盛放槽16时带动变坡沟槽30左端向上抬升右端向左移动， 变坡沟槽30同时牵引水平滑动沟槽48向左移动，观察提升高度标尺35当泥石 流盛放槽16提升高度到X时关闭起重电机19，此时沟槽底板Ⅰ39与水平线夹角 角度为α，沟道坡角为30°时如图3所示。

4、连接弯道沟槽装置53和泥石流淤积槽58，调整变坡沟槽30至试验所需 坡度后，待整个装置静止稳定后，通过紧固螺栓71将弯道沟槽装置53与水平滑 动沟槽48固定连接，弯道沟槽装置53的角度可根据实验需求，选取30°弯道槽 52、45°弯道槽72、60°弯道槽56组合30°、45°、60°、75°、90°五种特征角度 中的一个角度，选取30°弯道槽52和60°弯道槽56组合的弯道角度为90°时如 图1所示，各弯道槽间也通过紧固螺栓71连接，移动泥石流淤积槽58至与弯道 沟槽装置53连接位置，通过紧固螺栓71固定连接，连接完成后将水沙分离器66置于泥石流回收槽65出口下方。

5、进行试验，冲击力传感器、超声波测速仪安装调试完成后开启各感应器， 启动闸门提升电机22提升闸门29至一定高度释放泥石流，此时实验人员在沟槽 刻度线旁边观测记录泥石流冲淤高度参数，泥石流完全释放后在泥石流淤积槽 58沉积，观测泥深测针59记录泥石流冲淤、沉积高度。

6、实验结束后将沟槽水平挡板63上的闸门Ⅱ64提起，用有一定压力的水 流冲洗实验装置，泥石流通过泥石流回收槽65流入水沙分离器66，水沙分离器 66可将泥石流中的水沙进行分离回收。

7、实验结束后，进行数据保存并处理，然后分析。

8、重复上述实验步骤1～5，通过制不同含水率的泥石流浆或提升沟槽至不 同高度模拟不同的沟谷坡度或重新连接组合不同弯道角度，保证唯一变量继续进 行不同含水率的泥石流浆体在不同沟道坡度、不同弯道角度条件下的演进过程模 拟试验。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于 上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本 发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：包括泥石流浆体制备装置、支撑装置、泥石流浆体盛放与提升装置、沟槽装置、淤积回收装置；

所述泥石流浆体制备装置的出浆口位于泥石流浆体盛放与提升装置中泥石流盛放槽(16)的上方，泥石流浆体盛放与提升装置安装在支撑装置上，泥石流盛放槽(16)与沟槽装置前端连接，沟槽装置末端与淤积回收装置连接；沟槽装置包括自前而后依次连接的变坡沟槽(30)、水平滑动沟槽(48)、弯道沟槽装置(53)。

2.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的泥石流浆体制备装置包括水箱(1)、抽水泵(2)、供水阀门(3)、水管Ⅰ(4)、电磁流量计(5)、水管Ⅱ(6)、搅拌机传动杆(7)、搅拌叶片(8)、搅拌机(9)、搅拌机支撑柱(10)、搅拌电机支架(11)、搅拌电机(12)、泥石流浆体排放阀门(13)、泥石流浆体排放管(14)、附加排放管(67)，水箱(1)外接抽水泵(2)，抽水泵(2)另一端连接供水阀门(3)，水管Ⅰ(4)与水管Ⅱ(6)之间设有电磁流量计(5)，搅拌机(9)底部设有三个搅拌机支撑柱(10)固定支撑，搅拌电机(12)由搅拌电机支架(11)固定于搅拌机(9)底部，搅拌电机(12)上的搅拌机传动杆(7)伸入搅拌机(9)内与搅拌叶片(8)相连，在搅拌机(9)底部设有泥石流浆体排放阀门(13)，泥石流浆体排放管(14)一端与附加排放管(67)连接另一端与泥石流浆体排放阀门(13)连接。

3.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的支撑装置包括下部水平横梁(17)、上部水平横梁(18)、支撑立柱(21)、提升高度标尺(35)、连杆支座(37)；四个支撑立柱(21)顶端与四个上部水平横梁(18)相互垂直连接，四个支撑立柱(21)下部与四个下部水平横梁(17)相互垂直连接。

4.根据权利要求3所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的与沟槽装置相接触的两个支撑立柱(21)上设有提升高度标尺(35)和连杆支座(37)。

5.根据权利要求3所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的泥石流浆体盛放与提升装置还包括盛放槽吊耳(15)、起重电机(19)、柔性钢绳Ⅰ(20)、闸门提升电机(22)、滑轮支架(23)、电机传动杆(24)、滑轮(25)、传动杆支座(26)、柔性钢绳Ⅱ(27)、闸门吊耳(28)、闸门(29)；所述上部水平横梁(18)上设有四个起重电机(19)和一个闸门提升电机(22)，闸门提升电机(22)上连有电机传动杆(24)，电机传动杆(24)末端连接在传动杆支座(26)上，泥石流盛放槽(16)两侧分别设有两个盛放槽吊耳(15)，闸门(29)顶部设有两个闸门吊耳(28)，柔性钢绳Ⅰ(20)一端绕于起重电机(19)，另一端连接盛放槽吊耳(15)，柔性钢绳Ⅱ(27)一端绕于电机传动杆(24)另一端水平绕过滑轮(25)竖直向下连接闸门吊耳(28)，滑轮支架(23)下部连接上部水平横梁(18)上部固定滑轮(25)，闸门(29)的两侧与泥石流盛放槽(16)末端的两侧接触。

6.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的沟槽装置还包括测速仪支架Ⅰ(31)、超声波测速仪Ⅰ(32)、冲击力传感器Ⅰ(33)、沟槽刻度线Ⅰ(34)、连接杆轴Ⅰ(36)、玻璃挡板Ⅰ(38)、沟槽底板Ⅰ(39)、连接轴杆Ⅱ(40)、玻璃挡板Ⅱ(41)、沟槽底板Ⅱ(42)、移动支柱(43)、测速仪支架Ⅱ(44)、超声波测速仪Ⅱ(45)、冲击力传感器Ⅱ(46)、沟槽刻度线Ⅱ(47)、滚轮(68)；所述变坡沟槽(30)的沟槽底板Ⅰ(39)两侧设有玻璃挡板Ⅰ(38)，玻璃挡板Ⅰ(38)前端与泥石流盛放槽(16)的两侧接触，玻璃挡板Ⅰ(38)上设有冲击力传感器Ⅰ(33)、沟槽刻度线Ⅰ(34)，测速仪支架Ⅰ(31)上设有超声波测速仪Ⅰ(32)，并通过紧固螺栓(71)将测速仪支架Ⅰ(31)固定在沟槽底板Ⅰ(39)上，变坡沟槽(30)底部通过连接杆轴Ⅰ(36)与泥石流盛放槽(16)底部连接，所述水平滑动沟槽(48)的沟槽底板Ⅱ(42)两侧设有玻璃挡板Ⅱ(41)，玻璃挡板Ⅱ(41)上设有冲击力传感器Ⅱ(46)、沟槽刻度线Ⅱ(47)，测速仪支架Ⅱ(44)上设有超声波测速仪Ⅱ(45)，并通过紧固螺栓(71)将测速仪支架Ⅱ(44)固定在沟槽底板Ⅱ(42)上，沟槽底板Ⅱ(42)底部四角分别设有一个移动支柱(43)，移动支柱(43)下端设有两个滚轮(68)，水平滑动沟槽(48)通过连接杆轴Ⅱ(40)与变坡沟槽(30)连接，弯道沟槽装置(53)前端与水平滑动沟槽(48)连接，末端与淤积回收装置连接。

7.根据权利要求6所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的弯道沟槽装置(53)的弯道角度根据实验需求，选取30°弯道槽(52)、45°弯道槽(72)、60°弯道槽(56)自由组合成小于或等于90°的弯道，选择后的各弯道槽之间通过紧固螺栓(71)相互连接，可组合30°、45°、60°、75°、90°五种特定角度，每一个弯道槽均设有弯道沟槽底板(57)、弯道沟槽挡板(49)，弯道沟槽底板(57)两侧设有弯道沟槽挡板(49)，弯道沟槽挡板(49)上设有弯道沟槽刻度线(51)，整段弯道沟槽装置(53)上设有一个冲击力传感器Ⅲ(50)或每个弯道槽上设有一个冲击力传感器Ⅲ(50)，整段弯道沟槽装置(53)中的任意一个弯道槽的弯道沟槽底板(57)上安装有测速仪支架Ⅲ(54)，测速仪支架Ⅲ(54)上设有超声波测速仪Ⅲ(55)。

8.根据权利要求1所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述的淤积回收装置包括泥石流淤积槽(58)、泥深测针(59)、沟槽支柱(60)、玻璃挡Ⅲ(61)、淤积槽底板(62)、沟槽水平挡板(63)、泥石流回收闸门(64)、泥石流回收槽(65)、水沙分离器(66)，泥石流淤积槽(58)前端与沟槽装置末端连接且其两侧设有玻璃挡Ⅲ(61)，泥石流淤积槽(58)上等距排列设有泥深测针(59)，淤积槽底板(62)四角设有沟槽支柱(60)，沟槽水平挡板(63)安装在泥石流淤积槽(58)末端且其上设有闸门Ⅱ(64)，闸门Ⅱ(64)外侧连接泥石流回收槽(65)，水沙分离器(66)位于泥石流回收槽(65)下方。

9.根据权利要求5所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述闸门(29)与泥石流盛放槽(16)接触处设有防水橡胶条(69)密封。

10.根据权利要求6所述的模拟复杂条件下泥石流演进过程的新型实验装置，其特征在于：所述玻璃挡板Ⅰ(38)前端与泥石流盛放槽(16)两侧重叠接触处设有四分之一圆弧过渡。

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