CN111665017A - 一种滑坡涌浪模型试验装置及滑坡涌浪测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滑坡涌浪模型试验装置及滑坡涌浪测试方法，该模型试验装置包括透明模型箱和透明水箱，透明模型箱内布设有滑坡模型，该滑坡模型由基岩和含铁的滑坡体组成，基岩坡脚处布设有电磁铁，电磁铁与基岩及透明模型箱固定连接；透明水箱与透明模型箱内滑坡坡脚所在侧连通，且透明水箱内布设有若干竖立的标尺，用于显示涌浪时的水面高度变化。利用电磁铁对滑坡体内铁粉的引力，通过控制电磁铁的电流大小控制滑坡入水速度，可实现恒定倾角下滑坡体不同入水速度下的滑坡涌浪传播情况测试；另外，采用配制的滑坡体相似材料堆砌滑坡体，能够更真实地体现滑坡体滑动过程及入水后解体对于入水速度和产生的涌浪高度的影响。

Description

一种滑坡涌浪模型试验装置及滑坡涌浪测试方法

技术领域

本发明涉及一种滑坡涌浪模型试验装置及滑坡涌浪测试方法，属于地质灾害模型试验技术领域。

背景技术

我国西南深切峡谷分布广泛，水电资源丰富，随着一系列大型水电站的兴建，形成了许多高坝大库，近坝区分布有大型堆积体滑坡，这些滑坡如果失稳，很可能产生涌浪问题，严重威胁高坝大库的安全运营，如1963年意大利的Vajont水库左岸近坝区发生的滑坡涌浪导致了近2000人伤亡，因此，库区大型滑坡可能产生的涌浪问题已经成为现代大坝建设中必须要考虑的问题之一。

目前研究滑坡涌浪的主要手段主要有数值计算法、经验公式法和物理模型试验法，其中物理模型试验法是最可靠、最直观的方法。但是目前研究滑坡涌浪的物理模型试验装置和测试方法较少，且在以下几个方面存在严重缺点：一是研究滑坡涌浪时多用整体的块体代替离散的滑坡体，不能真实体现滑坡体滑动过程及入水后解体对于入水速度和产生的涌浪高度的影响；二是现有研究中进行不同滑坡入水速度产生的涌浪危害时，通常通过改变滑坡块体的倾角来改变滑坡入水速度，滑坡入水速度范围受到限制，更重要的是，不符合实际滑坡中倾角是唯一的、不变的事实。

因此，目前缺乏一种精确、可靠、真实反映滑坡涌浪的滑坡涌浪模型试验装置及测试方法。

发明内容

发明目的：针对现有滑坡涌浪研究方法存在的问题，本发明提供一种滑坡涌浪模型试验装置，并提供了一种基于该试验装置的滑坡涌浪测试方法。

技术方案：本发明所述的一种滑坡涌浪模型试验装置，包括透明模型箱和透明水箱，透明模型箱内布设有滑坡模型，该滑坡模型由基岩和含铁的滑坡体组成，基岩坡脚处布设有电磁铁所述透明模型箱内布设有滑坡模型，该滑坡模型由基岩和含铁的滑坡体组成，，该电磁铁与基岩及透明模型箱固定连接；透明水箱与透明模型箱内滑坡坡脚所在侧连通，其内液面高度低于滑坡体最低处，且透明水箱内布设有若干竖立的标尺，用于显示涌浪时的水面高度变化。

优选的，透明模型箱内滑坡坡脚所在侧的箱体面与透明水箱表面相接，该相接面上开口、使透明水箱与透明模型箱连通，开口自滑坡体的坡脚线向上延伸至相接面顶部。

上述透明模型箱、透明水箱可为有机玻璃箱体。

较优的，本发明的滑坡涌浪模型试验装置还包括摄像机、用于记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程及涌浪传播过程。

为方便涌浪过程的观测，透明水箱箱体外表面上可标记有刻度线。进一步的，标尺表面可涂有遇水变色的试剂。

本发明所述的基于上述模型试验装置的滑坡涌浪测试方法，包括如下步骤：

步骤1，配置包含铁粉的水泥混合料，用作滑坡体材料；

步骤2，在透明模型箱内砌筑基岩，并在基岩上采用滑坡体材料堆砌滑坡体；

步骤3，在滑坡模型的坡脚处布设测速仪，测试滑坡入水速度；

步骤4，电磁铁通电、使滑坡体滑动，当滑坡体开始滑动时即中断电磁铁内电流；

步骤5，通过摄像机记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程、涌浪传播过程，记录标尺显示的不同时间、不同位置的涌浪高度，并计算涌浪传播速度；

步骤6，重复步骤1～5，改变电磁铁内电流，即可得到不同滑坡入水速度对应的滑坡涌浪高度及涌浪传播数据。

上述步骤1中，水泥混合料可包括铁粉、水泥、水和干土，将水泥混合料均匀混合后，先经水泥初凝，然后破碎成满足颗粒级配要求的颗粒大小，再经水泥终凝，即得滑坡体材料。

上述步骤3中，测试滑坡入水速度时，若滑坡滑动过程为蠕滑，采用滑坡入水平均速度为滑坡入水速度；若滑坡滑动过程为非蠕滑，采用滑坡入水瞬时速度为滑坡入水速度。

步骤5中，涌浪传播速度为涌浪在传播方向上到达的两侧位置边界之间的距离与到达两侧位置边界的时间的比值。

有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：(1)本发明的试验装置设置电磁体，利用电磁铁对滑坡体内铁粉的引力，通过控制电磁铁的电流大小控制滑坡入水速度，从而可实现恒定倾角下滑坡体不同入水速度下的滑坡涌浪传播情况测试，与通过改变倾角来改变滑坡入水速度的传统方式相比，滑坡入水速度测试范围大且涌浪测试结果精度高；(2)本发明的采用铁屑、水泥、干土、水组成的滑坡体相似材料堆砌滑坡体，与传统方法采用块体模拟滑坡体相比，能够更真实地体现滑坡体滑动过程及入水后解体对于入水速度和产生的涌浪高度的影响，而且，该滑坡体相似材料与具有容重大、渗透性低的特点，可以重复利用；(3)本发明的模型试验装置通过设置透明水箱、涂有遇水变色试剂的标尺和摄像机，可以直观地观察涌浪沿河岸传播过程，同时可以准确、高效地得到滑坡入水速度、涌浪高度、涌浪传播速度。

附图说明

图1为本发明的滑坡涌浪模型试验装置的结构示意图；

图2为本发明的滑坡涌浪模型试验装置的拆分图，其中，左侧为透明水箱6，右侧为透明模型箱1。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明的的一种滑坡涌浪模型试验装置，如图1，包括透明模型箱1和透明水箱6，两者均可为有机玻璃材质的箱体。

透明模型箱1内布设有滑坡模型，该滑坡模型由基岩3和含铁的滑坡体2组成，滑坡体2由滑坡体材料堆砌形成，能够更真实地体现滑坡体滑动过程及入水后解体对于入水速度和产生的涌浪高度的影响。其中，滑坡体材料由铁粉、水泥、水、干土均匀混合后，先经过水泥初凝、再破碎成满足颗粒级配要求的颗粒大小、最终水泥终凝得到，其中水泥的主要作用是把土牢固粘在铁粉周围，形成含铁的滑坡体。基岩3坡脚处布设有电磁铁4，该电磁铁4与基岩3及透明模型箱1固定连接；利用电磁铁4对铁粉的引力，当电磁铁4通电后，滑坡体2在电磁吸引下会发生滑动。通过控制电磁铁4的电流大小控制滑坡入水速度，可实现恒定倾角下滑坡不同入水速度下的滑坡涌浪传播情况测试。

透明水箱6内盛装有水，水面高度低于滑坡体最低处，水流方式可按照河道形状布置，从而可模拟地形对涌浪传播的影响。透明水箱6与透明模型箱1内滑坡坡脚所在侧连通，使滑坡体2滑动进入水箱中、模拟涌浪形成过程。具体而言，透明模型箱1内滑坡坡脚所在侧的箱体面与透明水箱1表面相接，该相接面上开口、使透明水箱6与透明模型箱1连通，开口可自滑坡体2的坡脚线所在高度向上延伸至相接面顶部。透明水箱6内可布设有若干竖立的标尺7，用于显示涌浪时的水面高度变化；标尺7表面可涂有遇水变色的试剂，可通过不同时间标尺上颜色变化记录不同时间、不同位置涌浪高度，并可以计算涌浪传播的速度。

该模型试验装置还包括摄像机8，其布设于透明水箱外，用于记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程及涌浪传播过程。为方便涌浪过程的观测，透明水箱6箱体外表面上可标记有刻度线9。

基于上述模型试验装置的滑坡涌浪测试方法，包括如下步骤：

步骤1，配置包含铁粉的水泥混合料，用作滑坡体材料；

水泥混合料包括铁粉、水泥、水和干土，将水泥混合料均匀混合后，先经水泥初凝，然后破碎成满足颗粒级配要求的颗粒大小，再经水泥终凝，即得滑坡体材料。

步骤2，在透明模型箱1内砌筑基岩3，并在基岩3上采用滑坡体材料堆砌滑坡体2；

步骤3，在滑坡模型的坡脚处布设测速仪5，测试滑坡入水速度；

测试时，若滑坡体2滑动过程为蠕滑，采用滑坡入水平均速度为滑坡入水速度；若滑坡体2滑动过程为非蠕滑，采用滑坡入水瞬时速度为滑坡入水速度。

步骤4，电磁铁4通电、使滑坡体2滑动，当滑坡体2开始滑动时即中断电磁铁4内电流；

步骤5，通过摄像机8记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程、涌浪传播过程，记录标尺显示的不同时间、不同位置的涌浪高度，并计算涌浪传播速度；涌浪传播速度为涌浪在传播方向上到达的两侧位置边界之间的距离与到达两侧位置边界的时间的比值。

步骤6，重复步骤1～5，改变电磁铁4内电流，即可得到不同滑坡入水速度对应的滑坡涌浪高度及涌浪传播数据。

通过改变电磁铁内电流的大小可得到不同的滑坡入水速度，可统计多次电磁铁内电流的大小对应的滑坡入水速度，通过回归分析得到电磁铁内电流大小和滑坡入水速度的关系。

Claims (9)

1.一种滑坡涌浪模型试验装置，其特征在于，包括透明模型箱和透明水箱，所述透明模型箱内布设有滑坡模型，该滑坡模型由基岩和含铁的滑坡体组成，基岩坡脚处布设有电磁铁，该电磁铁与基岩及透明模型箱固定连接；所述透明水箱与透明模型箱内滑坡坡脚所在侧连通，其内液面高度低于滑坡体最低处，且透明水箱内布设有若干竖立的标尺，用于显示涌浪时的水面高度变化。

2.根据权利要求1所述的滑坡涌浪模型试验装置，其特征在于，所述透明模型箱内滑坡坡脚所在侧的箱体面与透明水箱表面相接，该相接面上开口、使透明水箱与透明模型箱连通，所述开口自滑坡体的坡脚线向上延伸至相接面顶部。

3.根据权利要求1所述的滑坡涌浪模型试验装置，其特征在于，所述透明模型箱、透明水箱均为有机玻璃箱体。

4.根据权利要求1所述的滑坡涌浪模型试验装置，其特征在于，还包括摄像机，用于记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程及涌浪传播过程。

5.根据权利要求1所述的滑坡涌浪模型试验装置，其特征在于，所述透明水箱箱体外表面上标记有刻度线；所述标尺表面涂有遇水变色的试剂。

6.一种基于权利要求1所述模型试验装置的滑坡涌浪测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，配置包含铁粉的水泥混合料，用作滑坡体材料；

步骤2，在透明模型箱内砌筑基岩，并在基岩上采用滑坡体材料堆砌滑坡体；

步骤3，在滑坡模型的坡脚处布设测速仪，测试滑坡入水速度；

步骤4，电磁铁通电、使滑坡体滑动，当滑坡体开始滑动时即中断电磁铁内电流；

步骤5，通过摄像机记录滑坡入水过程、滑坡涌浪产生过程、涌浪传播过程，记录标尺显示的不同时间、不同位置的涌浪高度，并计算涌浪传播速度；

步骤6，重复步骤1～5，改变电磁铁内电流，即可得到不同滑坡入水速度对应的滑坡涌浪高度及涌浪传播数据。

7.根据权利要求6所述的滑坡涌浪测试方法，其特征在于，步骤1中，所述水泥混合料包括铁粉、水泥、水和干土，将水泥混合料均匀混合后，先经水泥初凝，然后破碎成满足颗粒级配要求的颗粒大小，再经水泥终凝，即得滑坡体材料。

8.根据权利要求6所述的滑坡涌浪测试方法，其特征在于，步骤3中，测试滑坡入水速度时，若滑坡滑动过程为蠕滑，采用滑坡入水平均速度为滑坡入水速度；若滑坡滑动过程为非蠕滑，采用滑坡入水瞬时速度为滑坡入水速度。

9.根据权利要求6所述的滑坡涌浪测试方法，其特征在于，步骤5中，所述涌浪传播速度为涌浪在传播方向上到达的两侧位置边界之间的距离与到达两侧位置边界的时间的比值。

Images