CN113418676A - 研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置及方法，包括传送装置、滑坡体模型、实验水槽、波形测试装置、爬坡效应坡形装置等。传送装置包括传送带、升降承台、发动机等；滑坡体模型通过传送带滑入实验水槽；水槽固定于水槽承台上方；波形测试装置包括高速影像记录仪和测波器，分别放置于实验水槽的侧面和底部，终端与接受装置连接；爬坡效应坡形装置在进行爬坡效应实验时固定在实验水槽中；压力传感装置放置于坡形装置的表面。本发明能够通过试验装置模拟不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律。
Description
技术领域
本发明涉及滑坡涌浪地质灾害试验和水利水电工程试验设备技术领域，尤其是涉及到一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置及试验方法。
背景技术
水利水电工程多处于深切峡谷地貌，库区边坡具有数量多，坡度陡，体积大的特点。一旦失稳，将一次或连续多次产生巨大的滑坡涌浪，促使水波沿不同的方向传播，甚至攀爬到河流对岸。
关于涌浪消能的研究成果如河海大学申请的发明专利(公开号为CN110188443A)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。该方案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。
又如，三峡大学的CN104699892A公开了一种研究滑坡涌浪传播规律及其对大坝寿命预测的模型和方法，在考虑滑坡体的材料和运动状态的前提下，建立一种既能体现滑坡体与水体相互作用、又能考虑滑坡涌浪在河道特征的滑坡涌浪模型。该方法是在N—S方程水波模型算法基础上，构建一种库区滑坡涌浪计算模型，然后结合数值模拟和滑坡涌浪模型试验，利用相关仪器采集的源数据，通过多种滑坡涌浪模型方案来验证建立的滑坡涌浪计算模型的合理性和普适性，并引入损失边界面来考虑大坝损伤效应，不仅揭示了滑坡涌浪的传播规律，还研究出了一种预测大坝剩余寿命的方法，为进一步研究滑坡涌浪的传播规律，合理预测大坝的使用寿命提供了理论基础和科学依据。
但由于滑坡体状态、滑动速度、滑体入水角度、涌浪传播方向等的不确定，所以在以往进行室内水工模拟试验中，一种装置只能研究其中一种变量对涌浪的影响，造成投入增加而试验结果少的困境。
发明内容
本发明的目的在于为解决现有技术存在的上述问题，提供一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置及方法，能够通过试验装置模拟不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律；通过不同形态的岸坡装置研究涌浪的传播规律、压力衰减规律和爬坡高度之间的关系，研究涌浪的爬坡效应。
本发明是这样实现的：
一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，包括传送装置、滑坡体模型、试验水槽、波形测试装置和坡形装置；前述的传送装置包括传送带和升降承台，前述的滑坡体模型放置在前述的传送带上；前述的试验水槽紧靠设置在前述的传送装置的传送带传送方向上的一端，前述的试验水槽底部设有水槽承台；前述的波形测试装置由测波仪和高速摄像记录仪组成，前述的测波仪连接设置在前述的试验水槽侧壁上的传感器；前述的坡形装置在进行爬坡效应试验时固定在前述的试验水槽中；前述的压力传感装置放置于前述的坡形装置的表面。
其中，前述的升降承台设有可调式结构的升降杆一，前述的升降承台底部设有固定车轮一，在前述的升降承台还设有用于带动前述的传送带的发动机，前述的发动机与电源相连，前述的固定车轮一安装有手动刹车。
进一步的，前述的水槽承台通过可调式结构的升降杆二构成可升降型承台，前述的水槽承台底端设有固定车轮二。
进一步的，前述的滑坡体模型通过前述的传送带滑入前述的试验水槽；前述的试验水槽固定于前述的水槽承台上方，前述的试验水槽材料为透明有机玻璃；固定车轮二安装有手动刹车。
进一步的，前述的试验水槽中部左右两侧都安装有固定螺栓，前述的坡形装置的坡形包括直线型、折线型、波浪型三种。
采用如上装置，本发明的研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验方法是这样的：进行滑坡涌浪传播规律试验时，具有如下操作步骤：
1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
2)检查传送装置的安全性和可用性；检查试验水槽的防水性；检查波形测试装置的可用性；
3)根据试验需求在试验水槽中放入适量的水；
4)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型放置在传送装置上；
5)开启波形测试装置，传送装置接通电源；
6)根据试验的需求，改变传送装置前段和后端升降承台的高度，改变试验水槽前段和后端水槽承台的高度，改变试验水槽左侧和右侧与传送装置之间的角度，重复1)-5)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律。
进行滑坡涌浪爬坡效应试验时，具有如下操作步骤：
1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
2)根据试验需求，制作并安装爬坡效应试验的坡形装置；
3)检查传送装置的安全性和可用性；检查试验水槽的防水性；检查波形测试装置和压力传感装置的可用性；
4)根据试验需求在试验水槽中放入适量的水；
5)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型放置在传送装置上；
6)开启波形测试装置，传送装置接通电源；
7)根据试验的需求，改变传送装置前段和后端升降承台的高度，改变试验水槽中的坡形装置，重复1)-6)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同岸坡形态下涌浪的爬坡效应，通过不同形态的岸坡装置研究涌浪的传播规律和压力衰减规律，获得涌浪的爬坡效应试验数据。
与现有技术相比，本发明能够通过试验装置模拟不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律；通过不同形态的岸坡装置研究涌浪的传播规律、压力衰减规律和爬坡高度之间的关系，研究涌浪的爬坡效应。
本发明的试验装置设备安装工艺简单、可操纵性强、移动便捷、重复试验方便、便于维修。本发明适用于地质、岩土、水利水电等行业研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应。
附图说明
图1是本发明试验装置的总体示意图；
图2是本发明试验水槽前端左右转动俯视图；
图3是本发明试验水槽前端上下转动左视图；
图4是本发明坡形装置示意图；
附图标记说明：1-传送装置；2-滑坡体模型；3-试验水槽；4-水槽承台；5-波形测试装置；6-坡形装置；7-压力传感装置；11-传送带；12-升降承台；13-发动机；14-固定车轮一；15-升降杆一；31-固定螺栓；41-升降杆二；42-固定车轮二；51-测波仪；52-高速摄像记录仪。
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做出创造性劳动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。
具体实施时：如图1所示，一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，包括传送装置1、滑坡体模型2、试验水槽3、水槽承台4、波形测试装置5、爬坡效应坡形装置6、压力传感装置7。其中，传送装置1包括传送带11、升降承台12、发动机13、固定车轮一14；升降承台12可以控制传送带11前后两侧的高度，发动机13与电源相连，固定车轮一14安装有手动刹车，方便传送装置1的固定和移动。
滑坡体模型2通过传送带11滑入试验水槽3；试验水槽3固定于水槽承台4上方，其材料为透明有机玻璃；水槽承台4为可升降型承台，可以控制试验水槽前后两侧的高度，底端固定车轮二42，固定车轮二42安装有手动刹车，方便传送装置1的固定和移动。
波形测试装置5包括测波器51和高速影像记录仪52，分别放置于试验水槽3的底部和侧面，终端与接受装置连接。
爬坡效应坡形装置6在进行爬坡效应实验时固定在试验水槽3中，水槽中部左右两侧都安装有固定螺栓31，坡形装置6包括直线型、折线型、波浪型三种。
压力传感装置7放置于坡形装置6的表面，终端与接受装置连接。
试验装置尺寸可以根据需要制定，既满足模拟试验需求，又满足室内试验场地要求。
如图2所示，本发明的试验方法，是通过改变试验水槽左侧和右侧与传送装置之间的角度θ1和θ2，对滑坡涌浪在不同传播方向上的传播特性进行试验数据收集，得到滑坡涌浪的传播规律。
如图3所示，本发明通过改变试验水槽前段和后端升降台的高度，对滑坡涌浪的爬坡高度和压力衰减进行试验数据收集，得到滑坡涌浪的爬坡效应规律。
具体的，本发明的试验方法分两种情况。
进行滑坡涌浪传播规律试验时，具有如下操作步骤：
(1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
(2)检查传送装置1的安全性和可用性；检查试验水槽3的防水性；检查波形测试装置5的可用性；
(3)根据试验需求在试验水槽3中放入适量的水；
(4)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型2放置在传送装置1上；
(5)开启波形测试装置5，传送装置1接通电源；
(6)根据试验的需求，改变传送装置1前段和后端升降台的高度，改变试验水槽3前段和后端升降台的高度，改变试验水槽3左侧和右侧与传送装置1之间的角度，重复(1)-(5)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律。
进行滑坡涌浪爬坡效应试验时，具有如下操作步骤：
(1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
(2)根据试验需求，制作并安装爬坡效应试验的坡形装置6；
(3)检查传送装置2的安全性和可用性；检查试验水槽4的防水性；检查波形测试装置5和压力传感装置7的可用性；
(4)根据试验需求在试验水槽4中放入适量的水；
(5)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型2放置在传送装置1上；
(6)开启波形测试装置5，传送装置1接通电源；
(7)根据试验的需求，改变传送装置1前段和后端升降台的高度，改变试验水槽3中坡形装置，重复(1)-(6)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同岸坡形态下涌浪的爬坡效应，通过不同形态的岸坡装置研究涌浪的传播规律和压力衰减规律，获得涌浪的爬坡效应试验数据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，其特征在于：包括传送装置(1)、滑坡体模型(2)、试验水槽(3)、波形测试装置(5)和坡形装置(6)；所述传送装置(1)包括传送带(11)和升降承台(12)，所述滑坡体模型(2)放置在所述传送带(11)上；所述试验水槽(3)紧靠设置在所述传送装置(1)的传送带(11)传送方向上的一端，所述试验水槽(3)底部设有水槽承台(4)；所述波形测试装置(5)由测波仪(51)和高速摄像记录仪(52)组成，所述测波仪(51)连接设置在所述试验水槽(3)侧壁上的传感器；所述坡形装置(6)在进行爬坡效应试验时固定在所述试验水槽(3)中；所述压力传感装置(7)放置于所述坡形装置(6)的表面。
2.根据权利要求1所述的研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，其特征在于：所述升降承台(12)设有可调式结构的升降杆一(15)，所述升降承台(12)底部设有固定车轮一(14)，在所述升降承台(12)还设有用于带动所述传送带(11)的发动机(13)，所述发动机(13)与电源相连，所述固定车轮一(14)安装有手动刹车。
3.根据权利要求1所述的研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，其特征在于：所述水槽承台(4)通过可调式结构的升降杆二(41)构成可升降型承台，所述水槽承台(4)底端设有固定车轮二(42)。
4.根据权利要求2或3所述的研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，其特征在于：所述滑坡体模型(2)通过所述传送带(11)滑入所述试验水槽(3)；所述试验水槽(3)固定于所述水槽承台(4)上方，所述试验水槽(3)材料为透明有机玻璃；固定车轮二(42)安装有手动刹车。
5.根据权利要求2或3所述的研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置，其特征在于：所述试验水槽(3)中部左右两侧都安装有固定螺栓(31)，所述坡形装置(6)的坡形包括直线型、折线型、波浪型三种。
6.一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验方法，其特征在于进行滑坡涌浪传播规律试验时，具有如下操作步骤：
1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
2)检查传送装置(1)的安全性和可用性；检查试验水槽(3)的防水性；检查波形测试装置(5)的可用性；
3)根据试验需求在试验水槽(3)中放入适量的水；
4)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型(2)放置在传送装置(1)上；
5)开启波形测试装置(5)，传送装置(1)接通电源；
6)根据试验的需求，改变传送装置(1)前段和后端升降承台(12)的高度，改变试验水槽(3)前段和后端水槽承台(4)的高度，改变试验水槽(3)左侧和右侧与传送装置(1)之间的角度，重复1)-5)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同传播方向上的传播规律，以及模拟倾斜水槽中的传播规律。
7.一种研究滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验方法，其特征在于进行滑坡涌浪爬坡效应试验时，具有如下操作步骤：
1)完成滑坡涌浪传播规律和爬坡效应的模型试验装置的安装；
2)根据试验需求，制作并安装爬坡效应试验的坡形装置(6)；
3)检查传送装置(1)的安全性和可用性；检查试验水槽(3)的防水性；检查波形测试装置(5)和压力传感装置(7)的可用性；
4)根据试验需求在试验水槽(3)中放入适量的水；
5)根据本次滑坡体的状态，将滑坡体模型(2)放置在传送装置(1)上；
6)开启波形测试装置(5)，传送装置(1)接通电源；
7)根据试验的需求，改变传送装置(1)前段和后端升降承台(12)的高度，改变试验水槽(3)中的坡形装置(6)，重复1)-6)步骤，获得滑坡体不同状态、不同滑动速度、不同入水角度的滑坡体一次或连续多次滑入水中引起的涌浪在水平槽中不同岸坡形态下涌浪的爬坡效应，通过不同形态的岸坡装置研究涌浪的传播规律和压力衰减规律，获得涌浪的爬坡效应试验数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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