CN112763182A - 一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法，包括土料滑动模块、水流供给模块、水槽模块和尾料收集模块，水流供给模块通过水槽模块的水槽连通尾料收集模块，且水流供给模块高于尾料收集模块，土料滑动模块设置于水槽的一侧，土料滑动模块能够土料推入水槽中，水流供给模块能够提供稳定的水流，尾料收集模块能够分别收集实验后的土体颗粒和水，水槽模块和尾料收集模块上分别设置有高清摄像机。本发明的滑坡槽与实验水槽的倾斜角度均可调节，可以模拟多种实验情况下堰塞坝体的溃决；尾料收集装置能将下泄的土料根据不同的粒径大小进行筛分，便于对溃坝土体颗粒级配分析，为研究坝体的溃坝问题提供数据支撑，便于开展室内模拟实验，拆装方便。

Description

一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法

技术领域

本发明涉及滑坡堵江堰塞坝实验的技术领域，特别是涉及一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法。

背景技术

坝体一般包括人工坝体与天然坝体。滑坡堵江堰塞坝属于天然坝体，指的是在一定的地质活动、极端天气的作用下，沿江或沿河两岸的山体发生滑坡，高速的滑坡碎屑体不断滑入到河流中，逐渐堆积，最后形成了滑坡堵江堰塞坝。碎屑体堵江的形式通常包括三种：滑入型、爬高型、折返型。根据堆坝的碎屑种类，又可以将坝体分为岩质滑坡体堰塞坝、土质滑坡体堰塞坝、崩塌滑坡体堰塞坝。与人工坝体相比，滑坡堰塞坝往往具有结构不稳定、宽级配、泄流能力差的特点。根据调查，堰塞坝体的生存周期较短，在坝体形成之后，如果不及时处理，随着上游来水的持续供应，坝前水位不断增加，将会发生漫顶破坏，对下游人民的生命财产安全以及生态环境带来严重的破坏。

在西南地区容易发生地震、滑坡、泥石流等地质灾害，如堰塞坝溃决和滑坡堰塞湖，致使大量农作物和人畜被淹。滑坡堰塞坝溃决造成的灾害后果严重，因此加强堰塞坝溃决的过程以及机理研究，对于降低堰塞坝溃决次数、做好预防措施具有重要意义。

由于堰塞坝溃坝事故多发于高山河谷中，具有突发性，不能实时的观测到溃坝过程，同时实测资料往往都是在发生在溃坝之后，不具有当时性，现场勘察的危险性较大，所以当下对于研究此类问题多数都是在室内进行模拟实验，采用水槽内堆积坝体的形式。但是此种方法并不能很好的还原滑坡堰塞坝形成及发生溃决的场景，误差较大，与实际情况不相符合，进而在提供堰塞坝溃决防治预案中缺乏可靠的理论支撑。

为了更好的还原滑坡堰塞坝体的形成过程，减少实验误差，便于实验的操作与实验数据的获取，因此一种用于模拟滑坡堰塞坝体形成与溃决的实验装置，对于开展室内模拟实验具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，使滑坡体下泄堵江的全过程得以真实模拟，使实验结果更具真实性、误差更小。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，包括土料滑动模块、水流供给模块、水槽模块和尾料收集模块，所述水流供给模块通过水槽模块的水槽连通所述尾料收集模块，且所述水流供给模块高于所述尾料收集模块，所述土料滑动模块设置于所述水槽的一侧，所述土料滑动模块能够土料推入所述水槽中，所述水流供给模块能够提供稳定的水流，所述尾料收集模块能够分别收集实验后的土体颗粒和水，所述水槽模块和所述尾料收集模块上分别设置有高清摄像机。

优选的，所述水流供给模块包括蓄水箱、出水管和流量控制阀，所述蓄水箱的底部连通所述出水管，所述出水管上设置有所述流量控制阀。

优选的，所述蓄水箱设置于一人工操作台上，所述人工操作台的一侧设置有爬梯。

优选的，所述水槽模块包括蓄水槽、坝体槽和可调高支撑杆，所述蓄水槽和所述坝体槽可拆卸且密封连接，所述所述蓄水槽和所述坝体槽的底部均设置有若干对所述可调高支撑杆，所述蓄水槽的初始端通过一段过渡槽连接于所述蓄水箱上，所述坝体槽的侧面设置有所述土料滑动模块，所述坝体槽的下端通过一引流板设置于所述尾料收集模块上。

优选的，所述蓄水槽和所述坝体槽为透明材质的，所述蓄水槽和所述坝体槽通过螺栓连接且设置有防水密封条，所述可调高支撑杆为电动推杆。

优选的，所述蓄水槽的侧壁内设置有一刻度尺，所述刻度尺用于测量和观察水位；所述坝体槽的两侧壁上均设置有10cm*10cm的网格线区域，其中垂直于所述坝体槽底部的网格线上设有刻度值。

优选的，所述土料滑动模块包括括滑坡槽、推动板机构、升降闸门和可调高支撑杆，所述滑坡槽倾斜设置于所述坝体槽的侧壁上，所述滑坡槽的一端敞口、另一端闭合，所述滑坡槽内依次设置有所述推动板机构和所述升降闸门，所述升降闸门位于所述推动板机构的下位，所述滑坡槽底部设置有若干对所述可调高支撑杆。

优选的，所述推动板机构包括推动部件和推动板，所述滑坡槽的底部沿所述土料运动方向穿过侧壁滑动设置有一条形板，所述条形板上均布有若干个通孔，所述滑坡槽的底部设置有一电插锁，所述电插锁的插销能够与所述通孔相匹配，所述推动部件为若干个均布的弹簧。

优选的，所述尾料收集模块包括上端敞口的泄流箱和集料箱，所述集料箱内通过连接柱固定有所述集料箱，所述引流板搭接于所述集料箱上，所述集料箱内由上至下依次设置有若干层网眼变小的滤网；所述泄流箱的底部通过回水管与所述蓄水箱连通，所述回水管上设置有过滤器和循环泵；所述泄流箱上设置推手和四个轮子。

本发明还涉及一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝的实验方法，基于上述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，首先将各部件组装完成，调整可调高支撑杆的伸缩量，使滑坡槽、蓄水槽和坝体槽的倾斜角度达到实验要求，并按照实验要求固定推动板在设定位置，在所述滑坡槽的推动板与升降闸门之间设置有高低不平的土料，启动各个高清摄像机进行影像录制；通过控制蓄水箱上的流量控制阀，使蓄水槽内形成稳定水流，抽出卡板同时打开升降闸门，使土料形成溃坝冲入坝体槽内；调整滑坡槽、蓄水槽和坝体槽的倾斜角度以及推动板不同的固定位置，能够重复多次试验，通过所述高清摄像机记录的视频，能够将堰塞坝体的溃坝过程数据化用以研究堰塞坝体的溃坝过程。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的滑坡槽与实验水槽的倾斜角度均可调节，可以模拟多种实验情况下堰塞坝体的溃决；通过调节弹簧的压缩量不同，使得土料获得不同的下滑速度；蓄水槽一侧的刻度尺，可在实验中观察上游水位的变化，便于实验数据的获取；网格线能更精确的获取堰塞坝体发生溃决时各个断面的几何形态变化，使得溃坝过程数据化；尾料收集装置能将下泄的土料根据不同的粒径大小进行筛分，便于对溃坝土体颗粒级配的分析，为研究坝体的溃坝问题提供数据支撑，同时通过回水管将水循环利用，能够节约用水，便于开展室内模拟实验，拆装方便，实验数据准确性较高，可应用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置的结构示意图；

图2为本发明中推动板机构的结构示意图；

图3为本发明中蓄水槽和坝体槽的连接处的结构示意图；

图4为本发明中集料箱的结构示意图；

其中：1-滑坡槽，2-弹簧，3-推动板，4-升降闸门，5-引流板，6-矩形齿槽，7-可调高支撑杆，8-人工操作台，9-蓄水箱，10-出水管，11-流量控制阀，12-过渡槽，13-蓄水槽，14-刻度尺，15-坝体槽，16-网格线，17-泄流箱，18-集料箱，19-回水管，20-过滤器，21-循环泵，22-滤网，23-凹槽，24-条形板，25-电插锁，26-螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置及实验方法，以解决现有技术存在的问题，使滑坡体下泄堵江的全过程得以真实模拟，使实验结果更具真实性、误差更小。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至图4所示：本实施例提供了一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，包括土料滑动模块、水流供给模块、水槽模块和尾料收集模块，水流供给模块通过水槽模块的水槽连通尾料收集模块，且水流供给模块高于尾料收集模块，土料滑动模块设置于水槽的一侧，土料滑动模块能够土料推入水槽中，水流供给模块能够提供稳定的水流，尾料收集模块能够分别收集实验后的土体颗粒和水，水槽模块和尾料收集模块上分别设置有高清摄像机。

水流供给模块包括蓄水箱9、出水管10和流量控制阀11，蓄水箱9的底部连通出水管10，出水管10上设置有流量控制阀11，通过调节流量控制阀11开度的大小用以控制注入实验水槽的流量，并确保流量稳定。蓄水箱9设置于一人工操作台8上，人工操作台8的一侧设置有爬梯。

水槽模块包括蓄水槽13、坝体槽15和可调高支撑杆7，蓄水槽13和坝体槽15可拆卸且密封连接，蓄水槽13作为坝前蓄水区，坝体槽15用作坝体堆积区。蓄水槽13和坝体槽15的底部均设置有若干对可调高支撑杆7，便于调节蓄水槽13和坝体槽15的倾斜角度，以满足不同的实验需求，蓄水槽13的初始端通过一段过渡槽12连接于蓄水箱9上，坝体槽15的侧面设置有土料滑动模块，坝体槽15的下端通过一引流板5设置于尾料收集模块上。蓄水槽13和坝体槽15为透明材质的，蓄水槽13和坝体槽15通过螺栓26连接且设置有防水密封条，蓄水槽13和坝体槽15的连接处均设置有若干个螺栓连接件，且端面上设置有容纳防水密封条的凹槽23，保证实验水槽的边壁不发生漏水。可调高支撑杆7优选为电动推杆。两个水槽之间有相互对应的螺孔，通过螺杆加以固定连接；水槽整体采用可调节高度的支撑杆来支撑7，可以使得坝体具有不同的沟床坡度。蓄水槽13的侧壁内设置有一精度为1mm的刻度尺14，刻度尺14用于测量和观察水位，可以在实验中观察位于上游的蓄水槽13内的水位变化，便于实验数据的获取，通过观察刻度尺14读数的变化，来确定坝前库容的变化，进而确定下泄流量的大小。坝体槽15的两侧壁上均设置有10cm*10cm的网格线区域，其中垂直于坝体槽15底部的网格线16上设有刻度值，能够更精确的获取堰塞坝体发生溃决时各个断面的几何形态变化，使得溃坝过程数据化。

土料滑动模块包括括滑坡槽1、推动板机构、升降闸门4和可调高支撑杆7，滑坡槽1倾斜设置于坝体槽15的侧壁上，滑坡槽1的一端敞口、另一端闭合，滑坡槽1内依次设置有推动板机构和升降闸门4，升降闸门4位于推动板机构的下位，滑坡槽1底部设置有若干对可调高支撑杆7，便于调节滑坡槽1的倾斜角度，以满足不同的实验需求，使实验效果更具有真实性。推动板机构包括推动部件和推动板3，滑坡槽1的底部沿土料运动方向穿过侧壁滑动设置有一条形板24，条形板24上均布有若干个通孔，滑坡槽1的底部设置有一电插锁25，电插锁25的插销能够与通孔相匹配，且电插锁25外接一个开关，便于操控插销的伸缩，推动部件为若干个均布的高强度的弹簧2，弹簧2能够推动推动板3移动至升降闸门4处，推动板3边缘通过卡口卡在槽口的不同位置处，因此弹簧2被压缩的程度则不同，不同的弹性势能在实验当中将会转化为物料下滑的动能，滑动土体由此获得了不同的初速度。在滑坡槽1的推动板3与升降闸门4之间设置有土料，在升降闸门4与坝体槽15之间设置有高低不平的类混凝土料，用于模拟山地地形，使得在模拟滑坡堰塞坝形成的过程中，能够贴近真实的实际情况，使得实验更加具有说服力，结果更加准确。

尾料收集模块包括上端敞口的泄流箱17和集料箱18，集料箱18内通过连接柱固定有集料箱18，引流板5搭接于集料箱18上，集料箱18内由上至下依次设置有若干层网眼变小的滤网22，能够将下泄的土料根据不同的粒径大小进行筛分，便于对溃坝土体颗粒级配的分析，为研究坝体的溃坝问题提供数据支撑。泄流箱17的底部通过回水管19与蓄水箱9连通，回水管19上设置有过滤器20和循环泵21，将水抽至蓄水箱9内，循环利用，节能减排；泄流箱17上设置推手和四个轮子，便于移动。

一种模拟滑坡堵江堰塞坝的实验方法，基于本实施例的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，首先将各部件组装完成，调整可调高支撑杆7的伸缩量，使滑坡槽1、蓄水槽13和坝体槽15的倾斜角度达到实验要求，并按照实验要求固定推动板3在设定位置，在滑坡槽1的推动板3与升降闸门4之间设置有高低不平的土料，启动各个高清摄像机进行影像录制；通过控制蓄水箱9上的流量控制阀11，使蓄水槽13内形成稳定水流，抽出卡板同时打开升降闸门4，使土料形成溃坝冲入坝体槽15内；调整滑坡槽1、蓄水槽13和坝体槽15的倾斜角度以及推动板3不同的固定位置，能够重复多次试验，通过高清摄像机记录的视频，能够将堰塞坝体的溃坝过程数据化用以研究堰塞坝体的溃坝过程。

具体的，在尾料收集模块的正前方布设一台高清摄像机，用以正面记录坝体的溃坝的溃坝形式与时间；在坝体堆积区的坝体槽15相对滑坡槽1的对面带网格线的侧壁上布设高清摄像机，用以侧面记录坝体的溃坝形态变化情况；在上游坝前蓄水区蓄水槽13刻度尺相对面的侧壁上布设高清摄像机，用以观察上游模拟库上游水位的变化情况。待实验水槽内的水流流态稳定之后，同时开启升降闸门4与推动板3，使得土料快速滑动到坝体槽15中自动形成模拟堰塞坝，由于坝体的形成导致坝体上游的水位逐渐升高至坝顶高程，而后发生漫顶破坏，溃坝开始。

溃坝发生之后，溃坝过程中不同时刻的流量大小是实验所需要的重要数据，高清摄像机全面记录了上游水位的高程变化，不同时刻的下泄流量可以采用以下公式求得：

Q(t)＝V(t-1)-V(t)+Q(in)

V(t)＝B*(H²+D)

其中：Q(t)为t时刻的下泄流量；V(t)为t时刻的库容大小；B为水槽宽度；H为水深；D为上游坝址处到水槽最上端的长度。

通过观察侧面摄像机记录的视频以及网格线16上的刻度大小，将堰塞坝体的溃坝过程数据化，有利于更好的研究堰塞坝体的溃坝过程问题。将尾料收集模块内所收集到的不同粒径级配的土料称重、统计，便于研究溃坝土料的后续演进情况，为堰塞坝应急处理预案提供可靠的理论支撑。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：包括土料滑动模块、水流供给模块、水槽模块和尾料收集模块，所述水流供给模块通过水槽模块的水槽连通所述尾料收集模块，且所述水流供给模块高于所述尾料收集模块，所述土料滑动模块设置于所述水槽的一侧，所述土料滑动模块能够土料推入所述水槽中，所述水流供给模块能够提供稳定的水流，所述尾料收集模块能够分别收集实验后的土体颗粒和水，所述水槽模块和所述尾料收集模块上分别设置有高清摄像机。

2.根据权利要求1所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述水流供给模块包括蓄水箱、出水管和流量控制阀，所述蓄水箱的底部连通所述出水管，所述出水管上设置有所述流量控制阀。

3.根据权利要求2所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述蓄水箱设置于一人工操作台上，所述人工操作台的一侧设置有爬梯。

4.根据权利要求2所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述水槽模块包括蓄水槽、坝体槽和可调高支撑杆，所述蓄水槽和所述坝体槽可拆卸且密封连接，所述所述蓄水槽和所述坝体槽的底部均设置有若干对所述可调高支撑杆，所述蓄水槽的初始端通过一段过渡槽连接于所述蓄水箱上，所述坝体槽的侧面设置有所述土料滑动模块，所述坝体槽的下端通过一引流板设置于所述尾料收集模块上。

5.根据权利要求4所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述蓄水槽和所述坝体槽为透明材质的，所述蓄水槽和所述坝体槽通过螺栓连接且设置有防水密封条，所述可调高支撑杆为电动推杆。

6.根据权利要求4所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述蓄水槽的侧壁内设置有一刻度尺，所述刻度尺用于测量和观察水位；所述坝体槽的两侧壁上均设置有10cm*10cm的网格线区域，其中垂直于所述坝体槽底部的网格线上设有刻度值。

7.根据权利要求6所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述土料滑动模块包括括滑坡槽、推动板机构、升降闸门和可调高支撑杆，所述滑坡槽倾斜设置于所述坝体槽的侧壁上，所述滑坡槽的一端敞口、另一端闭合，所述滑坡槽内依次设置有所述推动板机构和所述升降闸门，所述升降闸门位于所述推动板机构的下位，所述滑坡槽底部设置有若干对所述可调高支撑杆。

8.根据权利要求7所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述推动板机构包括推动部件和推动板，所述滑坡槽的底部沿所述土料运动方向穿过侧壁滑动设置有一条形板，所述条形板上均布有若干个通孔，所述滑坡槽的底部设置有一电插锁，所述电插锁的插销能够与所述通孔相匹配，所述推动部件为若干个均布的弹簧。

9.根据权利要求4所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：所述尾料收集模块包括上端敞口的泄流箱和集料箱，所述集料箱内通过连接柱固定有所述集料箱，所述引流板搭接于所述集料箱上，所述集料箱内由上至下依次设置有若干层网眼变小的滤网；所述泄流箱的底部通过回水管与所述蓄水箱连通，所述回水管上设置有过滤器和循环泵；所述泄流箱上设置推手和四个轮子。

10.一种模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝的实验方法，基于权利要求1-9中任意一项所述的模拟滑坡堰塞坝形成与溃坝实验装置，其特征在于：首先将各部件组装完成，调整可调高支撑杆的伸缩量，使滑坡槽、蓄水槽和坝体槽的倾斜角度达到实验要求，并按照实验要求固定推动板在设定位置，在所述滑坡槽的推动板与升降闸门之间设置有高低不平的土料，启动各个高清摄像机进行影像录制；通过控制蓄水箱上的流量控制阀，使蓄水槽内形成稳定水流，抽出卡板同时打开升降闸门，使土料形成溃坝冲入坝体槽内；调整滑坡槽、蓄水槽和坝体槽的倾斜角度以及推动板不同的固定位置，能够重复多次试验，通过所述高清摄像机记录的视频，能够将堰塞坝体的溃坝过程数据化用以研究堰塞坝体的溃坝过程。

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