CN114910206A - 一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法，立杆固定在混凝土基础上。立杆中上部设有支臂，两个轴承刚接于支臂，在两个轴承之间设置有四个扭力弹簧，轴承管外壁沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，长条形刚性杆通过刚性杆内外螺纹连接有撞击板承受泥石流的撞击力，圆柱形刚性杆的末端空孔设有电极探针；电极探针通过导线依次连接电流监测仪。本发明将泥石流撞击力转化为扭力弹簧的角度变化，通过测角度变化进而测得泥石流撞击力，而通过不同深度监测仪数值相减得到不同深度位置的泥石流撞击力大小值，实现泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律的监测。

Description

一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法

技术领域

本发明涉及泥石流灾害监测技术领域，具体涉及一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法。

背景技术

泥石流是中国山区常见多发的一种地质灾害，具有突发性，速度快，能量大，破坏力极强，携带物质，体积大等特点。由于泥石流具有很强的冲击力，往往在短时间内造成工程设施、农田和生命财产的严重损失，严重威胁山区居民的生存和工程建设。现有技术(例如CN104299366A、CN102103787A)提出了泥石流预警、泥位及水位监测方法，然而，这些设计无法监测记录泥石流的冲击力，无法为山区工程设计提供可靠的设计依据。因此，使用可靠的泥石流撞击力的原位监测及预警装置测得的数据不仅是泥石流危险评估、建筑物抗泥石流强度评估的重要指标，更是设计各种泥石流防治工程的重要参考。

当前，泥石流的监测技术主要是接触式的，压力传感器是常用的监测元件(例如CN104805796A、CN209927342U、CN 110470420 A等)，这类方法由于其测试原理是让泥石流与元件直接撞击从而测试其冲击力大小，导致其适用性受限，主要有以下两点：其一，当前的泥石流撞击力测试装置主要分为室内模拟和原位监测两种，室内模拟其本身精度和准确性偏低，而原位监测时往往用桩固定装置于沟道中进行撞击测试，导致装置的使用寿命短，监测的不连续性和不确定性风险增加，不经济。其二，原位测试时装置需要先于泥石流发生的时间布置，在沟床中布置对地基的要求较高(冲击力大，如果基础不牢固容易被拔出或变形)，而沟道堆积物较为松散，岩土性质较差，这大大降低了泥石流撞击力监测的机动性和可行性，而且由于泥石流是一种包含大量泥沙、石块、水等的一种不均匀多相流体，其横断面上不同位置撞击力往往不同，压力传感器就不能很好的监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律。因此，现有的方法难以实时地监测泥石流的撞击力，较准确地测定泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，并能达到预警的效果，上述方法难以得到有效解决。

当前，泥石流撞击力测量方法主要有理论公式法，材料力学法，传感器法等。但理论公式法和传感器法的测量结果不够精确，且无法进行泥石流撞击力的动态监测，无线测量传感器泥石流撞击力测量法涉及大量传感装置，安装过程较繁琐，使用寿命短，且无法监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律。因次，现有的方法难以简便而精确地进行泥石流撞击力实时监测，并达到预警的效果。

发明内容

针对现有泥石流原位撞击力测定技术的不足，为了实现准确监测泥石流原位撞击力，并对泥石流灾害进行有效地预警。本发明提供了一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置。

一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，包括支架系统、泥石流撞击力监测系统和电路系统；

所述支架系统为：具体有混凝土基础、立杆、支臂以及支撑杆、机箱支撑框架，其中混凝土基础设置在泥石流沟道岸坡安全部位，立杆通过其下端设置的螺母连接座由螺母的螺帽和混凝土基础上的螺杆固定在混凝土基础上。立杆中上部设有支臂，支臂与立杆均为中空刚性杆，且通过立杆中的支臂连接螺纹连接。支臂与立杆之间设有支撑杆，支撑杆末端通过螺母连接座与立杆和支臂连接。

所述泥石流撞击力监测系统为：轴承管内部两个轴承内环刚接于轴承管内壁，轴承管内壁刚接于支臂，轴承的外环刚接于轴承管外壁，在两个轴承之间设置有四个扭力弹簧，扭力弹簧两端分别顺时针刚接于轴承管内壁和轴承管外壁，从而轴承管外壁转动时会改变扭力弹簧的夹角。轴承管外壁沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，分别为圆柱形刚性杆和长条形刚性杆，长条形刚性杆通过刚性杆内外螺纹连接有撞击板承受泥石流的撞击力，另一根圆柱形刚性杆的末端空孔设有电极探针。轴承管内壁焊接有保护罩(轴承管内壁略微长于轴承管外壁，以焊接保护罩)，保护罩弧形内壁上设有均匀电阻丝，通过导线接入电路系统，均匀电阻丝与电极探针紧密接触。

所述电路系统为：泥石流撞击力监测系统中的电极探针通过导线依次连接电流监测仪、蓄电池形成回路，同时电流监测仪通过导线与模数转换器连接，模数转换器连接信号发射器。支臂末端设有机箱支撑框架，框架上通过螺母固定机箱，模数转换器、信号发射器、蓄电池通过螺母固定于机箱内部。

其中，所述立杆可通过立杆内外连接螺纹组装，可根据实际情况组装调整立杆的长度。支臂可通过支臂内外连接螺纹组装，可根据实际情况组装调整支臂的长度。撞击板均由刚性杆内外螺纹连接，可根据节数调节杆长，从而满足不同沟深泥石流的监测需求和同一泥石流沟的不同深度的监测需求。

或者，支臂通过支臂内外螺母调节所需长度，从而根据沟道的实际情况布置测量仪数量，然后撞击板均由刚性杆内外螺纹调节长度，通过均匀差值布置不同的撞击板的长度以满足同一泥石流沟道不同深度泥石流撞击力的监测需求，通过调整撞击板为同一长度，测量泥石流弯道处同一断面的撞击力变化值。

所述泥石流撞击力监测系统中，电极探针与圆柱形刚性杆之间通过伸缩弹簧连接，电极探针尖端伸出绝缘刚性杆末端空孔，电极探针尾端直径大于空孔的孔口直径，每个监测仪通过各自的电流监测仪将电流信号接入模数转换器中。

撞击板为矩形截面的长条状，通过监测出现电信号电流监测仪的数量从而标定泥位。

所述支架系统、监测系统的材料为不锈钢，具有很高的刚度值。

上述泥石流撞击力的原位监测及预警装置，用于的泥石流撞击力的原位监测及预警方法，其包括以下步骤：

S1、实验前准备：通过实验，标定扭力弹簧的标准力大小，通过外力使轴承管发生移动，通过测力计测量其转过特定角度所需要的力，从而标定四个扭力弹簧单位角度变换所显示力的数值；通过本步骤将弹簧常数k(k为弹簧常数是扭力弹簧的固有属性值与扭力弹簧材料属性和几何尺寸相关，生产后k值即确定，其表达式为

其物理意义为当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm)，公式中：不锈钢丝E＝19400,d＝线径Do＝外径Di＝内径Dm＝中径＝Do-d N＝总圈数R＝负荷作用的力臂p＝3.1416)、轴承管外壁转过角度和泥石流撞击力建立起表达式：F＝θk(θ：轴承管外壁转过的角度，k：弹簧常数,F：泥石流撞击力)。

S2、选点预埋：在泥石流流通区沟道旁，选取地面平整的试验点，或人工开挖平整地面，并在沟道一侧挖一个一定深度的凹坑，在凹坑内浇筑混凝土基础。

S3、安装支架系统：通过螺母，将立杆固定安装于混凝土基础上，通过支臂连接螺纹将支臂和立杆连接，之后将支撑杆通过螺母连接座固定于立杆和支臂之间。

S4、根据泥石流沟宽度情况，拼接支臂到指定长度，然后在支臂上安装对应数量的泥石流原位撞击力监测系统。

S5、调节泥石流撞击力监测装置：根据沟底深度调节撞击板至合适长度，使最长撞击板端部靠近沟底，其余监测装置的撞击板依次缩短20cm错落布置，并根据轴承管保护罩上标注的转动方向，调整撞击板使其法向方向平行于沟道纵向方向并顺着标注方向带动轴承管转动，最后固定。

S6、安装电路系统：将电极探针、电流监测仪依次用导线连接组装；在支臂末端通过螺母和螺母连接座安装好机箱支撑框架，在机箱支撑框架上安装机箱；将模数转换器、信号发射器和蓄电池安装在机箱中，并接到电流监测仪；安装太阳能光伏板，把太阳能光伏板用导线连接到蓄电池并为其提供电力。

S7、信号监测：接通整个电路后，等待泥石流；当泥石流来临时，泥石流会撞击撞击板，通过长条形刚性杆，泥石流的撞击力会带动轴承管外壁发生转动，轴承管外壁的转动会引起扭力弹簧的角度改变。同时轴承管外壁的转动会使电极探针发生转动，导致其与均匀电阻丝的接触位置发生变化，导致电流监测仪监测到电路中的电流变化并收集电流信号。此外通过电流监测仪出现电信号的先后顺序可以间接测量泥石流泥位信号，当最靠近沟底的撞击板对应的电流监测仪出现信号时，泥石流泥位达到可监测的最深位置，此后随着泥石流泥位不断升高各个电流监测仪依次出现信号反应。

S8、信号处理与预警：电流监测仪将电流信号发送到模数转换器，模数转换器将接收到的电流信号转换成数字信号，并发送给信号发射器，信号发射器将信号通过无线传输的方式发送到终端处理器，信号经过终端处理器根据标定公式F＝θk转换后得到泥石流的原位撞击力，信号终端处理器通过监测最靠近沟底撞击板的泥石流原位撞击力值来监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，其具体过程为：随着泥石流泥位的升高，不同长度撞击板对应的电流监测仪依次出现电流信号(由下往上不同长度的撞击板依次触碰到泥石流)，结合不同电流监测仪出现电信号的时间与相同时间点最靠近沟底撞击板的泥石流原位撞击力数值就可以监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，而通过设定最靠近沟底撞击板监测到的撞击力阈值和电流监测仪的最大响应数，从而对泥石流撞击力和泥石流泥位进行预警。当泥石流的撞击力或者泥位达到预设的阈值，终端处理器立即将预警信号无线传送至当地预警装置，发出警报提醒村民及时疏散至安全区域。

S9、将S5的每个撞击板调整到合适的同一高度，然后重复S1～S8即可进行弯道同一横断面不同位置的泥石流原位撞击力分布规律的监测。

本发明的有益技术效果为：

其一：本发明通过测量扭力弹簧受泥石流撞击扭转的角度的方式测量泥石流的撞击力，其原理为将泥石流撞击力转化为扭力弹簧的角度变化，通过测角度变化进而测得泥石流撞击力，而通过不同深度监测仪数值相减可以得到不同深度位置的泥石流撞击力大小值，实现泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律的监测。

其二：本发明通过监测有电流响应信号的电流监测仪的数量进行泥石流泥位监测，随着泥石流泥位的增加，有电流信号响应的电流监测仪数量依次增多，通过设置电流监测仪的最大响应个数设置泥石流泥位预警阈值。

其三，本发明通过调整每个监测仪的撞击板到合适的同一高度，然后将装置布置在泥石流弯道处，即可进行弯道同一横断面不同位置的泥石流原位撞击力分布规律的监测，该方法易于理解。

其四：本发明通过采用测量撞击板被泥石流带动旋转的角度的方式测量泥石流的撞击力，将泥石流撞击力转化为电流信号，通过测电阻变化值进而测量撞击板的偏转角，进而计算得出泥石流撞击力大小。

其五：本发明装置通过岸坡支架固定于泥石流上方，避免了监测装置被损坏的风险，经济适用，同时还能较准确地实时监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律和弯道横断面的原位撞击力变化规律，对工作人员设计支挡结构，计算结构内力有重要帮助，对泥石流的研究与防治提供了更可靠的数据。

其六：本发明装置灵活可调，便于拆卸安装，自动化程度高，太阳能供电，节约成本。

附图说明

图1为泥石流原位撞击力监测及预警装置整体结构正视图；

图2为泥石流撞击力原位监测仪剖面正视图；

图3为泥石流撞击力原位监测仪正视图；

图4为泥石流撞击力原位监测仪俯视图；

图5为泥石流撞击力原位监测仪侧视图；

图6为轴承管内接各元件拆分结构示意图；

图7为扭力弹簧内接放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。

本发明提供的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置。如图1所示，该发明包括支架系统、泥石流撞击力监测系统和电路系统。

其中，支架系统如图1所示，起到整个装置支撑受力与安装调整的作用。具体有混凝土基础11、立杆12、支臂16以及支撑杆14、机箱支撑框架151，其中混凝土基础11设置在泥石流沟道岸坡安全部位，立杆12通过其下端设置的螺母连接座133由螺母13的螺帽131和混凝土基础上的螺杆132固定在混凝土基础11上。立杆12中上部设有支臂16，支臂16与立杆12均为中空刚性杆，且通过立杆12中的支臂连接螺纹162连接。支臂16与立杆12之间设有支撑杆14，支撑杆14末端通过螺母连接座133与立杆12和支臂16连接。

进一步的，立杆12可通过立杆内外连接螺纹121组装，可根据实际情况组装调整立杆12的长度。支臂16同样通过支臂内外连接螺纹161组装，可根据实际情况组装调整支臂16的长度，以满足不同监测的需要。

进一步的，支架系统、监测系统为不锈钢制造，具有很强的刚度。

其中，泥石流撞击力监测系统结构如图1-图7所示，测试装置是能接收泥石流撞击从而通过轴承管21实现转动，将弹簧的转动转化为电信号的组合装置。具体为：轴承管21内部两个轴承211内环刚接于轴承管内壁214，轴承管内壁214刚接于支臂16，轴承211的外环刚接于轴承管外壁213，在两个轴承211之间设置有四个扭力弹簧212，扭力弹簧212两端分别顺时针刚接于轴承管内壁214和轴承管外壁213，如图6、图7，从而轴承管外壁213转动时会改变扭力弹簧212的夹角。轴承管外壁213沿其径向对称固定两根刚性杆分别为圆柱形刚性杆23和另一根为长条形刚性杆24，长条形刚性杆24通过刚性杆内外螺纹241连接有撞击板27承受泥石流的撞击力，另一根圆柱形刚性杆23的末端空孔设有电极探针26。轴承管内壁214刚接有保护罩22(轴承管内壁214略微长于轴承管外壁213，以焊接保护罩22)，保护罩22弧形内壁上设有均匀电阻丝221，通过导线31接入电路系统，均匀电阻丝221与电极探针26紧密接触。

进一步的，泥石流撞击力监测系统中，电极探针26与绝缘刚性杆23之间通过伸缩弹簧261连接，电极探针26尖端伸出绝缘刚性杆23末端空孔，电极探针26尾端直径大于空孔的孔口直径。

进一步的，泥石流撞击力监测系统中的电极探针26在未发生泥石流时，未接触均匀电阻丝221，如图2，电路处于断路状态，节省电量。

进一步的，泥石流撞击力监测系统中的长条形撞击板24均由刚性杆内外螺纹241设置节数和调节长度，以满足不同沟深泥石流沟和同一泥石流沟的不同断面位置的监测需求。

进一步的，撞击板27法向方向正对泥石流流动方向，配合轴承管外壁213顺时针转动，如图2，轴承管21侧面标注有转动方向，安装时需正确对应安装。

其中，电路系统结构如图1所示，具体为：泥石流撞击力监测系统中的电极探针26通过导线31依次连接电流监测仪33、蓄电池36形成回路，同时电流监测仪33通过导线与模数转换器34连接，模数转换器34连接信号发射器35。支臂16末端设有机箱支撑框架151，框架上通过螺母13固定机箱15，模数转换器34、信号发射器35、蓄电池36通过螺母13固定于机箱15内部。

进一步的，电路系统还包括太阳能光伏板37，太阳能光伏板37通过光伏板支架17安装在立杆12的顶部；所述太阳能光伏板37连接蓄电池36为其提供电源。

本发明的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置的应用方法，包括以下步骤：

S1、实验前准备：通过实验，标定扭力弹簧212的标准力大小，通过外力使轴承管21发生移动，通过测力计测量其转过特定角度所需要的力，从而标定四个扭力弹簧单位角度变换所显示力的数值；通过本步骤将弹簧常数k(k为弹簧常数是扭力弹簧的固有属性值与扭力弹簧材料属性和几何尺寸相关，生产后k值即确定，其表达式为

其物理意义为当弹簧被扭转时，每增加1°扭转角的负荷(kgf/mm)，公式中：不锈钢丝E＝19400,d＝线径Do＝外径Di＝内径Dm＝中径＝Do-d N＝总圈数R＝负荷作用的力臂p＝3.1416)、轴承管21转过角度和泥石流撞击力建立起表达式：F＝θk(θ：轴承管转过的角度，k：弹簧常数,F：泥石流撞击力)。

S2、选点预埋：在泥石流流通区沟道旁，选取地面平整的试验点，或人工开挖平整地面，并在沟道一侧挖一个一定深度的凹坑，在凹坑内浇筑混凝土基础11。

S3、安装支架系统：通过螺母13，将立杆12固定安装于混凝土基础11上，通过支臂连接螺纹162将支臂16和立杆12连接，之后将支撑杆14通过螺母连接座133固定于立杆12和支臂16之间。

S4、根据泥石流沟宽度情况，拼接支臂16到指定长度，然后在支臂16上安装泥石流对应数量的撞击力监测系统。

S5、调节泥石流撞击力监测装置：根据沟底深度调节撞击板27至合适长度，使最长撞击板27端部靠近沟底，其余监测装置的撞击板27依次缩短20cm错落布置，并根据轴承管21保护罩22上标注的转动方向，调整撞击板27使其法向方向平行于沟道纵向方向并顺着标注方向带动轴承管21转动，最后固定。

S6、安装电路系统：将电极探针26、电流监测仪33依次用导线连接组装；在支臂16末端通过螺母13和螺母连接座133安装好机箱支撑框架151，在机箱支撑框架151上安装机箱15；将模数转换器34、信号发射器35和蓄电池36安装在机箱中，并接到电流监测仪33；安装太阳能光伏板37，把太阳能光伏板37用导线31连接到蓄电池36并为其提供电力。

S7、信号监测：接通整个电路后，等待泥石流；当泥石流来临时，泥石流会撞击撞击板27，通过长条形刚性杆24，泥石流的撞击力会带动轴承管外壁213发生转动，轴承管外壁213的转动会引起扭力弹簧212的角度改变。同时轴承管外壁213的转动会使电极探针26发生转动，导致其与均匀电阻丝221的接触位置发生变化，导致电流监测仪33监测到电路中的电流变化并收集电流信号。此外通过电流监测仪33出现电信号的先后顺序可以间接测量泥石流泥位信号，当最靠近沟底的撞击板27对应的电流监测仪33出现信号时，泥石流泥位达到可监测的最深位置，此后随着泥石流泥位不断升高各个电流监测仪33依次出现信号反应。

S8、信号处理与预警：电流监测仪33将电流信号发送到模数转换器34，模数转换器34将接收到的电流信号转换成数字信号，并发送给信号发射器35，信号发射器35将信号通过无线传输的方式发送到终端处理器，信号经过终端处理器根据标定公式F＝θk转换后得到泥石流的原位撞击力，信号终端处理器通过监测最靠近沟底撞击板27的泥石流原位撞击力值来监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，其具体过程为：随着泥石流泥位的升高，不同长度撞击板27对应的电流监测仪33依次出现电流信号(由下往上不同长度的撞击板27依次触碰到泥石流)，结合不同电流监测仪33出现电信号的时间与相同时间点最靠近沟底撞击板27的泥石流原位撞击力数值就可以监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，而通过设定最靠近沟底撞击板27监测到的撞击力阈值和电流监测仪33的最大响应数，从而对泥石流撞击力和泥石流泥位进行预警。当泥石流的撞击力或者泥位达到预设的阈值，终端处理器立即将预警信号无线传送至当地预警装置，发出警报提醒村民及时疏散至安全区域。

S9、将S5的每个撞击板27调整到合适的同一高度，然后重复S1～S8即可进行弯道同一横断面不同位置的泥石流原位撞击力分布规律的监测。

其中，终端处理器是安装在当地地质灾害监测的相关部门的设备，能够及时地处理信号发射器36发来的数据，经过终端处理器处理后，将得到泥石流撞击力参数和泥位值，当测定泥石流撞击力数值或泥位值超过设定的阈值时，终端处理器立即将预警信号发送给预警装置，发出警报提醒村民及时疏散至安全区域。其中，预警装置是安装在泥石流影响所在区域的警报装置，在接收到终端处理器发来的信号后及时地对泥石流影响区域进行预警，数据会自动缓存入对应的数据库，用于后期的泥石流工程治理设计。

Claims (7)

1.一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，包括支架系统、泥石流撞击力监测系统和电路系统；

所述支架系统包括混凝土基础(11)、立杆(12)、支臂(16)以及支撑杆(14)、机箱支撑框架(151)；其中混凝土基础(11)设置在泥石流沟道岸坡安全部位，立杆(12)通过其下端设置的螺母连接座(133)由螺母(13)的螺帽(131)和混凝土基础上的螺杆(132)固定在混凝土基础(11)上；立杆(12)中上部固定支臂(16)，支臂(16)与立杆(12)均为中空刚性杆，且支臂(16)通过立杆(12)中的支臂连接螺纹(162)连接；支臂(16)与立杆(12)之间设有支撑杆(14)，支撑杆(14)末端通过螺母连接座(133)与立杆(12)和支臂(16)连接；

所述泥石流撞击力监测系统包括轴承管(21)、圆柱形刚性杆(23)、长条形刚性杆(24)、撞击板(27)、电极探针(26)，轴承管(21)内部两个轴承(211)内环刚接于轴承管内壁(214)，轴承管内壁(214)刚接于支臂(16)，轴承(211)的外环刚接于轴承管外壁(213)，在两个轴承(211)之间设置有四个扭力弹簧(212)，扭力弹簧(212)两端分别顺时针刚接于轴承管内壁(214)和轴承管外壁(213)，从而轴承管外壁(213)转动时会改变扭力弹簧(212)的夹角；轴承管外壁(213)沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，分别为圆柱形刚性杆(23)和长条形刚性杆(24)，长条形刚性杆(24)通过刚性杆内外螺纹(241)连接有撞击板(27)承受泥石流的撞击力；圆柱形刚性杆(23)的末端空孔设有电极探针(26)；轴承管内壁(214)焊接有保护罩(22)，保护罩(22)弧形内壁上设有均匀电阻丝(221)，通过导线(31)接入电路系统，均匀电阻丝(221)与电极探针(26)紧密接触；

所述电路系统，包括电流监测仪(33)、模数转换器(34)、蓄电池(36)；泥石流撞击力监测系统中的电极探针(26)通过导线(31)依次连接电流监测仪(33)、蓄电池(36)形成回路，同时电流监测仪(33)通过导线(31)与模数转换器(34)连接，模数转换器(34)连接信号发射器(35)；支臂(16)末端设有机箱支撑框架(151)，框架上通过螺母(13)固定机箱(15)，模数转换器(34)、信号发射器(35)、蓄电池(36)通过螺母(13)固定于机箱(15)内部。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述立杆(12)包括多节，相邻两节通过立杆内外连接螺纹(121)组装，根据实际情况组装调整立杆(12)的长度。

3.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述的支臂(16)包括多节，相邻两节通过支臂内外连接螺纹(161)组装；撞击板(27)包括多节，相邻两节由刚性杆内外螺纹(241)连接。

4.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述泥石流撞击力监测系统中，电极探针(26)与圆柱形刚性杆(23)之间通过伸缩弹簧(261)连接，电极探针(26)尖端伸出绝缘刚性杆(23)末端空孔，电极探针(26)尾端直径大于空孔的孔口直径，每个监测仪通过各自的电流监测仪(33)将电流信号接入模数转换器(34)中。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述支架系统、监测系统的材料为不锈钢。

6.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述的撞击板(27)为矩形截面的长条状。

7.一种泥石流撞击力的原位监测及预警方法，其特征在于，采用权1到权6任一项所述的装置，包括以下步骤：

S1、实验前准备：通过实验，标定扭力弹簧(212)的标准力大小，通过外力使轴承管(21)发生移动，通过测力计测量其转过特定角度所需要的力，从而标定四个扭力弹簧(212)单位角度变换所显示力的数值；通过本步骤将扭力弹簧(212)的弹簧常数k、轴承管外壁(213)转过角度θ和泥石流撞击力F建立起表达式：F＝θk；

S2、选点预埋：在泥石流流通区沟道旁，选取地面平整的试验点，或人工开挖平整地面，并在沟道一侧挖一个一定深度的凹坑，在凹坑内浇筑混凝土基础(11)；

S3、安装支架系统：通过螺母(13)，将立杆(12)固定安装于混凝土基础(11)上，通过支臂连接螺纹(162)将支臂(16)和立杆(12)连接，之后将支撑杆(14)通过螺母连接座(133)固定于立杆(12)和支臂(16)之间；

S4、根据泥石流沟宽度情况，拼接支臂(16)到指定长度，然后在支臂(16)上安装对应数量的泥石流原位撞击力监测系统；

S5、调节泥石流撞击力监测装置：根据沟底深度调节撞击板(27)至合适长度，使最长撞击板(27)端部靠近沟底，其余监测装置的撞击板(27)依次缩短20cm错落布置，并根据轴承管(21)的保护罩(22)上标注的转动方向，调整撞击板(27)使其法向方向平行于沟道纵向方向并顺着标注方向带动轴承管(21)转动，最后固定；

S6、安装电路系统：将电极探针(26)、电流监测仪(33)依次用导线连接组装；在支臂(16)末端通过螺母(13)和螺母连接座(133)安装好机箱支撑框架(151)，在机箱支撑框架(151)上安装机箱(15)；将模数转换器(34)、信号发射器(35)和蓄电池(36)安装在机箱(15)中，并接到电流监测仪(33)；安装太阳能光伏板(37)，把太阳能光伏板(37)用导线(31)连接到蓄电池(36)并为其提供电力；

S7、信号监测：接通整个电路后，等待泥石流；当泥石流来临时，泥石流会撞击撞击板(27)，通过长条形刚性杆(24)，泥石流的撞击力会带动轴承管外壁(213)发生转动，轴承管外壁(213)的转动会引起扭力弹簧(212)的角度改变；同时轴承管外壁(213)的转动会使电极探针(26)发生转动，导致其与均匀电阻丝(221)的接触位置发生变化，导致电流监测仪(33)监测到电路中的电流变化并收集电流信号；此外通过电流监测仪(33)出现电信号的先后顺序可以间接测量泥石流泥位信号，当最靠近沟底的撞击板(27)对应的电流监测仪(33)出现信号时，泥石流泥位达到可监测的最深位置，此后随着泥石流泥位不断升高各个电流监测仪(33)依次出现信号反应；

S8、信号处理与预警：电流监测仪(33)将电流信号发送到模数转换器(34)，模数转换器(34)将接收到的电流信号转换成数字信号，并发送给信号发射器(35)，信号发射器(35)将信号通过无线传输的方式发送到终端处理器，信号经过终端处理器根据标定公式F＝θk转换后得到泥石流的原位撞击力，信号终端处理器通过监测最靠近沟底撞击板(27)的泥石流原位撞击力值来监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，其具体过程为：随着泥石流泥位的升高，不同长度撞击板(27)对应的电流监测仪(33)依次出现电流信号，结合不同电流监测仪(33)出现电信号的时间与相同时间点最靠近沟底撞击板(27)的泥石流原位撞击力数值就可以监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，而通过设定最靠近沟底撞击板(27)监测到的撞击力阈值和电流监测仪(33)的最大响应数，从而对泥石流撞击力和泥石流泥位进行预警；当泥石流的撞击力或者泥位达到预设的阈值，终端处理器立即将预警信号无线传送至当地预警装置，发出警报提醒村民及时疏散至安全区域；

S9、将S5的每个撞击板(27)调整到合适的同一高度，然后重复S1～S8即可进行弯道同一横断面不同位置的泥石流原位撞击力分布规律的监测。

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