CN115985175B - 一种多级山地灾害链模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多级山地灾害链模拟试验装置，包括升降料斗、供水管路、两个料仓、两段试验槽、Ⅱ段试验槽及一个冲积平台。本装置可通过两段式实验槽及冲积平台，实现模拟泥石流/山洪/碎屑流等单灾害及泥石流/崩塌‑滑坡/冰崩‑堰塞湖‑溃决洪水、堰塞湖‑溃决洪水等三级到四级山地灾害链过程，并可监测灾害链生运动与转化过程中的流体/固体物质的由静转动/由少转多/由缓转急的四级灾害链过程中的冲击力、流速、沟槽/岸壁压力、侧蚀力等参数，研究山地灾害链各过程中的能量、热量、动量等运动转化机理及造成灾害的冲击、淤积、掩埋等成灾机理，并可测试断链的减灾方法与拦挡、引流、泄能等治理工程及相关防治效果，达到防灾减灾的目的。

Description

一种多级山地灾害链模拟试验装置

技术领域

本发明属于山地灾害链研究技术领域，尤其涉及一种多级山地灾害链模拟试验装置。

背景技术

灾害链：由多种灾害在时间上先后相互诱发产生，具有时间、空间上的连续性，灾害后果逐级累加放大，影响和破坏范围较单一灾害严重的多链式灾害(滑坡、崩塌、冰崩-碎屑流、泥石流-堰塞湖-溃决洪水)缺少研究平台，现有的单一滑坡或泥石流模拟装置分别适用于固态的坡面灾害或流质的沟道灾害，无法适用于固、液多态转换复合的灾害链研究。

崩塌、滑坡、山洪、泥石流、碎屑流、堰塞湖溃决洪水等山地灾害在世界分布广泛，西部地区尤其严重。山地灾害不但会造成严重的人员伤亡和经济损失，还影响我国的经济发展。山地灾害的形成、运动在地形上具有一定的关联性和延续性，由于内外力作用，山区地表岩石破碎后易形成崩塌、错落、滑坡等不良地质现象，在暴雨、冰雪融水等条件下会导致泥石流的发生，形成崩-滑-流灾害链。如果崩塌、滑坡、泥石流等发生于江河或沟道等相对狭窄的位置区域，则易形成崩塌、错落、滑坡等不良地质现象，在暴雨、冰雪融水等条件下会导致泥石流的发生，形成崩-滑-溜灾害链。如果崩塌、滑坡、泥石流等发生于江河或沟道等相对狭窄或水流缓慢的位置，则易堵江形成堰塞湖，一旦溃决，可影响下游数百公里的区域，危害极大。目前的灾害模拟装置多为单灾种模拟，功能单一、缺少关联，无法集成模拟灾害链生转化成灾过程及灾害链的防治技术。

因此，根据灾害链的特点与研究、工程防治等多方面需求，设计具有针对性的泥石流、山洪、碎屑流、冰崩/泥石流-堰塞湖灾害链、滑坡/崩塌-泥石流-堰塞湖灾害链、滑坡-涌浪灾害链的模拟装置，可以还原和模拟在不同条件及工矿下的灾害情况。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种多级山地灾害链模拟试验装置。通过本模拟装置可以更有效地模拟灾害运动与转化过程中的关键因素、获取灾害链运动、转化过程中关键数据，对于研究灾害链形成、运动、转化机制、灾害链防治技术具有重要意义。

本发明采用如下技术方案：

一种多级山地灾害链模拟试验装置，包括升降料斗、供水管路、混合料仓、试验料仓、Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽、冲积平台、沉砂池、投料架。

升降料斗由固体原料料斗和电动葫芦Ⅰ组成，电动葫芦Ⅰ安装于钢构架顶部起重机单梁上，固体原料料斗与电动葫芦Ⅰ相连，电动葫芦Ⅰ将固体原料料斗提升至混合料仓上方。

混合料仓内安装有搅拌机，混合料仓上方接供水管路，混合料仓其出口位于试验料仓上方，并且混合料仓配置有电动闸板门。

混合料仓、试验料仓下部都分别设置有返料管。试验料仓与Ⅰ段试验槽的上端通过铰接连接，Ⅰ段试验槽的上端与试验料仓一起移动，试验料仓出口配置有电动闸板门。

所述Ⅰ段试验槽的下端位于Ⅱ段试验槽的上端上方，所述Ⅱ段试验槽的上端为喇叭状开口，Ⅱ段试验槽下端位于冲积平台的上方。

Ⅰ段试验槽坡度较陡，Ⅱ段试验槽较缓。Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽可上下调整倾斜角度(坡度)，Ⅱ段试验槽还可调整水平方向，与Ⅰ段试验槽形成一夹角。

投料架由电动葫芦Ⅱ、投料斗、投料平台以及安检巡视楼梯组成，试验时打开投料斗下方的电动闸板门，投料平台位于Ⅱ段试验槽侧边，楼梯安装在投料平台旁，投料平台位于主架体侧边，主架体顶部安装有电动葫芦Ⅱ，电动葫芦Ⅱ上安装有投料斗。

Ⅱ段试验槽下端对接冲积平台，冲积平台上可停放试验槽冲出的泥砂物质，并可放置工程模拟体或防治结构；冲积平台下方设置沉砂池，过滤砂石，排放污水。

进一步的，还包括钢构架，钢构架由大型支撑钢柱、顶部起重机单梁、三层站立平台(包括第一层平台、第二层平台、第三层平台)、限位钢柱、侧面上下楼梯组成。俯视时，四根大型支撑钢柱分别安装在正方形的角上，在四根大型支撑钢柱顶部焊接安装顶部起重机单梁，从中部到底部则依次焊接有第三层平台、第二层平台、第一层平台。

进一步的，在第三层平台与第二层平台、第二层平台与第一层平台、第一层平台与地面之间均安装有侧面上下楼梯。平台四周、楼梯两侧均安装有栏杆。

进一步的，所述混合料仓的底部铆接固定在第三层平台上，供水管路上分别配有电动截止阀，逆止阀，流量计。

进一步的，试验料仓内部添加倾斜底板。试验料仓与试验料仓提升装置相连接，在试验料仓提升装置外安装有水平限位的四根限位钢柱。试验料仓提升装置安装在钢构架第三层平台上。

进一步的，Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽由液压调节组件调节角度，所述液压调节组件由液压调节组Ⅰ、液压调节组Ⅱ、液压调节组Ⅲ、液压调节组Ⅳ组成；液压调节组Ⅰ一端与Ⅰ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅰ连接，液压调节组Ⅰ另一端与地面采用固定铰支座Ⅱ连接，液压调节组Ⅱ一端与Ⅰ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅲ连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅳ连接；

液压调节组Ⅲ一端与Ⅱ段试验槽底部采用球铰连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅴ连接，液压调节组Ⅳ一端Ⅱ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅵ连接，另一端与小车行走装置铆接固定，小车行走装置位于地滑轨道内，小车行走装置采用齿轮齿条与地滑轨道接触，控制小车行走装置的步进电机，使其沿地滑轨道移动预期的距离，从而使Ⅱ段试验槽绕着球铰水平转动，由此来完成水平方向的角度调节。

进一步的，Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽底部/两侧壁预设孔位，埋设传感器。

进一步的，Ⅰ段试验槽上方与冲积平台前方设有光学监视设备安装架。

本发明的有益效果:

1.流通距离较长且体量较大的泥石流，在流通过程中很难沿着一条直线流动，它会在过程中随沟道两岸岩性的变化弯曲转折(水平)，即沿着流通区主轴水平偏转一定的角度流动。本发明靠近Ⅱ段试验槽上端的投料架与试验槽底部采用球形铰支座连接，靠近Ⅱ段试验槽下端的液压调节组可以由小车带动沿地滑轨道移动，能够调节Ⅱ段试验槽的水平方向角度来模拟泥石流的变道，从而可以对流通距离较长且体量较大的泥石流进行模拟。

在垂直方向上，沟道、江河等由于地形、岩性等的影响会产生不同坡度与坡降，通过本装置可以实现三级坡度的模拟：一级坡度最陡，主要位于沟道源区，沟谷浅而狭窄，坡度陡峭，沟道内松散物质相对少、运动连续性差、速度低、加速大；二级坡度较缓，沟道稍宽且深，一般为流通区，沟道内物质运动速度较大、连续性强，加速低，流动中对沟岸侵蚀强烈；三级接近平地，区域广阔，模拟沟道堆积区，速度低、减速明显，堆积与沉积强烈。

在平面方向上，可以实现自然沟道/河道的发育演变，即从顶部的狭窄沟道，到中部逐渐加宽的流通区域，再至下部变缓变宽的沟口区域，最终至出口外的平地堆积扇的模拟。

Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽均为上窄下宽，Ⅱ段试验槽顶部与底部宽度变化更为明显；Ⅱ段试验槽水平方向可偏转±20°。可模拟自然沟道、河流的岸壁侵蚀效应下宽度变化、因地形等造成的水平折转，水流在弯曲沟道/河道内的水文效应等。

2.通过控制液压调节组(液压杆)的长度，从而调节试验槽垂直方向角度，使得试验槽垂直方向角度调节范围较大；两段试验槽与冲积平台可以模拟三级式灾害，即一级地形陡峭沟道内的物质高(加)速流动冲击撞击、二级平缓沟道内的降速与匀速流动、三级开放平地的扇状堆积与沉积与淤埋；试验槽坡度降至最低时，可在试验槽内按照实验方案的要求布置一定的土石堆料，可用来模拟泥石流/碎屑流等在流动过程中侵蚀沟槽所带动的土石。

3.用升降料斗运送一定级配的固体原料至混合料仓内，通过供水管路精确提供适量的液体原料水至混合料仓内，混合料仓内设置有搅拌机，通过搅拌机使固液原料完全混合，减少实验员的人为工作量，节约试验时间并提高试验精度。

4.通过控制试验料仓的电动闸板门开度，调节倾斜的土、石、砂等混合物料的流量，从而模拟单位时间内泥石流/碎屑流量的变化。

5.试验完毕后，可以将各处的水管电动截止阀打开，利用高压水流将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用。实验中的废料排入冲积平台下方的沉沙池，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水，达到经济环保的效果。

附图说明

图1为多级山地灾害链模拟试验装置的平面结构示意图；

图2为多级灾害链运动、转化、成灾试验模拟装置的立体结构示意图；

图3为投料架(省略楼梯)的结构示意图；

图4为试验槽及其液压调节装置的结构示意图。

图中：1-钢构架、2-升降料斗、3-供水管路、4-混合料仓、5-试验料仓、6-试验料仓提升装置、7-Ⅰ段试验槽、8-Ⅱ段试验槽、9-冲积平台、10-沉砂池、11-液压调节组Ⅰ、12-液压调节组Ⅱ、13-液压调节组Ⅲ、14-液压调节组Ⅳ、15-投料架；

101-大型支撑钢柱、102-顶部起重机单梁、103-第一层平台、104-第二层平台、105-第三层平台、106-限位钢柱、107-安检巡视楼梯、108-监视设备安装架；

201-固体原料料斗、202-电动葫芦Ⅰ；

1101-固定铰支座Ⅰ、1102-固定铰支座Ⅱ；

1201-固定铰支座Ⅲ、1202-固定铰支座Ⅳ；

1301-球铰、1302-固定铰支座Ⅴ；

1401-固定铰支座Ⅵ、1402-小车行走装置、1403-地滑轨道；

1501-电动葫芦Ⅱ、1502-投料斗、1503-投料平台、1504-试验查看/传感器安装维护楼梯。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1-图3所示，本发明的一种多级山地灾害链模拟试验装置，包括钢构架1、升降料斗2、供水管路3、混合料仓4、试验料仓5、试验料仓提升装置6、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9、沉砂池10、液压调节组件、投料架15。

钢构架1由四根大型支撑钢柱101、顶部起重机单梁102、三层站立平台(包括第一层平台103、第二层平台104、第三层平台105)、限位钢柱106、安检巡视楼梯107、监视设备安装架108组成。俯视时，四根大型支撑钢柱101分别安装在正方形的角上，在四根大型支撑钢柱101顶部焊接安装顶部起重机单梁102，从中部到底部则依次焊接有第三层平台105、第二层平台104、第一层平台103。

升降料斗2由固体原料料斗201和电动葫芦Ⅰ202组成，电动葫芦Ⅰ202安装于顶部起重机单梁102上，并可沿顶部起重机单梁102移动，固体原料料斗与电动葫芦Ⅰ202相连，电动葫芦Ⅰ202可将固体原料料斗201提升至混合料仓4上方。

混合料仓4内安装有搅拌机，上方接供水管路3出口，供水管路3上分别配有电动截止阀，逆止阀，流量计，为能在实验时快速停止、恢复供水，并且精确供应适量的水至混合料仓4提供保证。所述混合料仓4的底部铆接固定在第三层平台105上，其内部设置有搅拌机，用于将固、液原料完全混合，其出口位于试验料仓5上方，并且混合料仓4配置有电动闸板门。

试验料仓提升装置6安装在第三层平台105上，试验料仓5与试验料仓提升装置6相连接，从而实现垂直方向的上下移动，在试验料仓提升装置6外安装有水平限位的四根限位钢柱106。在第三层平台与第二层平台、第二层平台与第一层平台、第一层平台与地面之间均安装有安检巡视楼梯107。平台四周、楼梯两侧均安装有栏杆。

试验料仓5与Ⅰ段试验槽7的上端通过铰接连接，Ⅰ段试验槽7的上端与试验料仓6一起移动，出口配置有电动闸板门，可以通过控制电动闸板门的开度，调节泥石流流量，从而模拟单位时间内泥石流流量对泥石流灾害强度的影响。

混合料仓4、试验料仓5下部都分别设置有返料管，用于将未用完的混合料液排空，或者清洗料仓后方便将废液排出，返料管上设置有电动闸门。

Ⅰ段试验槽7上方与冲积平台9前方设有监视设备安装架108，监视设备安装架108高度可调节，可安装摄像机等，记录山地灾害链运动实验的全过程。

所述Ⅰ段试验槽7的下端位于Ⅱ段试验槽8的上端上方，所述Ⅱ段试验槽8的上端为喇叭状开口，使其水平方向转动时不会与Ⅰ段试验槽7发生碰撞，Ⅱ段试验槽8下端位于冲积平台9的上方。投料架15由电动葫芦Ⅱ1501、投料斗1502、投料平台1503以及安检巡视楼梯1504组成；投料平台1503位于Ⅱ段试验槽8侧边，楼梯1504安装在投料平台1503旁，投料平台1503位于主架体侧边，主架体顶部安装有电动葫芦Ⅱ1501，电动葫芦Ⅱ1501上安装有投料斗1502，通过投料平台1503向投料斗1502内投放一定级配的土石料，试验时打开投料斗1502下方的电动闸板门，以模拟泥石流-堰塞湖灾害链形成过程中由于滑坡、崩塌或小型面流所产生的动态物源；所述沉砂池10位于冲积平台9的下方，可收集试验后的固体原料和液体原料水，循环使用，达到经济环保的效果。

具体地，参考图4Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8由液压调节组件调节角度，所述液压调节组件由液压调节组Ⅰ11、液压调节组Ⅱ12、液压调节组Ⅲ13、液压调节组Ⅳ14组成；液压调节组Ⅰ11一端与Ⅰ段试验槽7底部采用固定铰支座Ⅰ1101连接，液压调节组Ⅰ11另一端与地面采用固定铰支座Ⅱ1102连接，液压调节组Ⅱ12一端与Ⅰ段试验槽7底部采用固定铰支座Ⅲ1201连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅳ1202连接。

液压调节组Ⅲ13一端与Ⅱ段试验槽8底部采用球铰1301连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅴ1302连接，液压调节组Ⅳ14一端Ⅱ段试验槽8底部采用固定铰支座Ⅵ1401连接，另一端与小车行走装置1402铆接固定，小车行走装置1402位于地滑轨道1403内，小车行走装置1402采用齿轮齿条与地滑轨道1403接触，控制小车行走装置1402的步进电机，使其沿地滑轨道1403移动预期的距离，从而使Ⅱ段试验槽8绕着球铰1301水平转动，由此来完成水平方向的角度调节。

Ⅱ段试验槽8下端对接冲积平台9，冲积平台9上可放置工程模拟体，进行冲击试验；冲积平台9下方设置沉砂池10，用于试验废料的收集和循环使用。

Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8底部/两侧壁预设孔位，通过楼梯埋设传感器，以测量运动过程中的冲击、压力等变化。

采用多级山地灾害链模拟试验装置实现泥石流模拟的方法，包括如下步骤：

1.单一灾害模拟

E1沟道型泥石流模拟的实验方法

S1.实验开始时，试验槽(Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8)的倾角处于最小，在Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8两侧人工放置适量的土石，该土石按照实验要求配备。由于泥石流流动过程中，会侵蚀沟槽并带动槽内的土石冲泻而下，则试验槽内放置的土石就是用来模拟这部分被冲刷的土石。

S2.控制液压调节组Ⅰ11、液压调节组Ⅱ12、液压调节组Ⅲ13、液压调节组Ⅳ14的液压杆长度，将Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8的倾角调整至实验要求的角度，Ⅰ段试验槽7调整角度范围为20-40°。Ⅱ段试验槽8调整角度为10-20°，Ⅰ段试验槽7和Ⅱ段试验槽8主要模拟泥石流灾害的形成通道；与此同时，试验料仓提升装置6将提升试验料仓5，实现试验料仓5与Ⅰ段试验槽7的上端同步运动。

S3.控制Ⅱ段试验槽8靠近下端处的小车行走装置1402，使其在地滑轨道1403内精确位移一段距离，从而使Ⅱ段试验槽8绕着球铰1301转动，将Ⅱ段试验槽8的水平角度调整至实验要求的角度，用来模拟流通距离较长且体量较大的泥石流。

S4.利用升降料斗2将实验用的固体原料运送至混合料仓4内，由供水管路3精确供应适量的液体原料水至混合料仓4内，启动混合料仓4内的搅拌机，使水和固体原料进行充分搅拌均匀，之后打开混合料仓底部出口的电动闸板门，将混合料液排放至试验料仓5内备用。

S5.根据实验方案要求控制试验料仓5出口的电动闸板门的开度，混合料液沿着Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8倾斜而下，对冲积平台9上放置的实验模型进行冲击，最后堆积于冲积平台9；同时人可站在投料平台1503上观察泥石流的整个冲击过程，其中电动闸板门的开度是用来调节泥石流流量，从而模拟单位时间内泥石流流量对泥石流灾害强度的影响。

S6.试验完毕后，需要将混合料仓4、试验料仓5、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9清扫干净，这时将各处的水管电动截止阀打开，利用高压水将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用，实验中废料排入冲积平台下方的沉砂池10，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水。

E2采用多级山地灾害链模拟试验装置实现山洪灾害模拟的方法，包括如下步骤：

S1.实验开始时，使试验槽(Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8)的倾角处于最小，在Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8两侧人工放置适量的土石，该土石按照试验要求配备。由于山洪在冲击过程中，会冲刷沟槽并带动槽内的泥沙和土石冲泻而下，则试验槽内放置的泥沙和土石就是用来模拟这部分被冲刷的泥沙和土石。

S2.控制液压调节组Ⅰ11、液压调节组Ⅱ12、液压调节组Ⅲ13、液压调节组Ⅳ14的液压杆长度，将Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8的倾角调整至试验要求的角度，Ⅰ段试验槽7调整角度范围为20-40°。Ⅱ段试压槽8调整角度为10-20°，Ⅰ段试验槽7和Ⅱ段试验槽8主要模拟山洪的流通沟槽；与此同时，试验料仓提升装置6将提升试验料仓5，实现试验料仓5与Ⅰ段试验槽7的上端同步运动。

S3.利用供水管路3向混合料仓4内注入满足实验要求的水，用来模拟山洪爆发时的水源，之后打开混合料仓4底部出口的电动闸板门，将水排放至试验料仓5内备用。

S4.根据实验方案要求控制试验料仓5出口的电动闸板门的开度，水沿着Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8倾泻而下，对冲积平台9上放置的实验模型进行冲击，最后停留于冲积平台9；同时人可站在Ⅱ段试验槽8侧边的投料平台1503上观察山洪的整个冲刷过程，其中电动闸板门的开度是用来调节洪水流量，从而模拟单位时间内洪水流量对山洪灾害强度的影响。

S5.试验完毕后，需要将混合料仓4、试验料仓5、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9清扫干净。这时将各处的水管电动截止阀打开，利用高压水将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用；实验中的废料排入冲积平台下方的沉砂池10，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水。

采用多级山地灾害链模拟试验装置实现碎屑流灾害模拟的方法，其实现方法同采用多级山地灾害链模拟试验装置实现泥石流模拟的方法相同，区别在于：步骤S5中不需要其它实验中常用的液态水，也不需要物料与水的搅拌，其实验方法与流程基本相似，不再重复赘述。

1.灾害链/复合灾害模拟

E3采用多级山地灾害链模拟试验装置实现滑坡/崩塌-泥石流-堰塞湖灾害链模拟的实验方法，实验步骤包括：

S1.实验开始时，试验槽的倾角处于最小，在Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8两侧人工放置适量的土石，模拟滑坡/崩塌堆积体。由于泥石流流动过程中，会侵蚀沟槽并带动槽内的土石冲泻而下，则试验槽内放置的土石就是用来模拟这部分被冲刷的土石。

S2.控制液压调节组Ⅰ11、液压调节组Ⅱ12、液压调节组Ⅲ13、液压调节组Ⅳ14的液压杆长度，将Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8的倾角调整至实验要求的角度，Ⅰ段试验槽7调整角度范围为20-40°。Ⅱ段试验槽8调整角度为10-20°，Ⅰ段试验槽7和Ⅱ段试验槽8主要模拟泥石流-堰塞湖灾害链的形成通道；与此同时，试验料仓提升装置6将提升试验料仓5，实现试验料仓5与Ⅰ段试验槽7的上端同步运动；

S3.将实验要求的一定级配的适量的土石堆积于Ⅱ段试验槽8内的上端，用来模拟泥石流发生时，在泥石流中、下游沟壁或沟岸上方发生滑坡；

S4.利用升降料斗2将实验用的固体原料运送至混合料仓4内，由供水管路3精确供应适量的液体原料水至混合料仓4内，启动混合料仓4内的搅拌机，使水和固体原料进行充分搅拌均匀，之后打开混合料仓底部出口的电动闸板门，将混合料液排放至试验料仓5内备用；

S5.根据实验方案要求控制试验料仓5出口的电动闸板门的开度，使料斗内的泥石流物源滑落至Ⅰ段试验槽7顶部，后沿着Ⅰ段试验槽7滑落至Ⅱ段试验槽8后堆积在堆积土体的上游，并形成堰塞湖；随着泥石流及土石的堆积，泥石流和土石混合物的重力逐渐增大至可以冲开堆积体，从而产生巨大的冲击力，溃决成灾，该混合体冲开堆积体后堆积于冲积平台9。人可站在Ⅱ段试验槽8侧边的投料平台1503上观察泥石流的整个冲击过程；

S6.物源在试验槽内流动的同时，打开投料斗1502下方的电动闸板门投放一定级配的土石料，以模拟泥石流-堰塞湖灾害链形成过程带走两侧由于滑坡、崩塌或小型面流所产生的动态物源；

S7.在冲积平台9靠近Ⅱ段试验槽8出口处安装传感器，采集泥石流与土石混合体的撞击冲击力，并对采集到的数据进行分析处理；

S8.试验完毕后，需要将混合料仓4、试验料仓5、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9清扫干净，这时将各处的水管电动截止阀打开，利用高压水将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用；实验中的废料排入冲积平台下方的沉砂池10，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水。

E4采用多级山地灾害链模拟试验装置实现滑坡/崩塌-泥石流-堰塞湖灾害链模拟的实验方法，包括：

S1.将Ⅰ段试验槽7，Ⅱ段试验槽8的倾角调整至实验要求的角度。Ⅰ段试验槽7和Ⅱ段试验槽8主要模拟滑坡-崩塌-堰塞湖灾害链的形成通道；

S2.按照实验要求将一定级配的适量土石堆积体置于Ⅱ段试验槽8内的上端，用来模拟灾害发生时，在河道下游发生滑坡、崩塌、冰崩堵塞河道的堰塞体；

S3.利用供水管路3向混合料仓4内注入满足实验要求的水，用来模拟山洪爆发时的水源，之后打开混合料仓4底部出口的电动闸板门，将水排放至试验料仓5内备用；

S4.根据实验方案要求控制试验料仓5出口的电动闸板门的开度，使料斗内的水流至Ⅰ段试验槽7顶部，后沿着Ⅰ段试验槽7流至Ⅱ段试验槽8后停留在土石堆积体的上游，并随时间积累形成堰塞湖；随着水量不断的增加，以至可以冲开土石堆积体，从而产生巨大的冲击力，溃决成灾，水冲开土石堆积体后流入冲积平台9。人可站在Ⅱ段试验槽侧边的投料平台1503上观察整个冲击过程；

S5.在冲积平台9靠近Ⅱ段试验槽8出口处安装传感器，采集水流与土石堆积体的撞击冲击力，并对采集到的数据进行分析处理；

S6.试验完毕后，需要将混合料仓4、试验料仓5、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9清扫干净，这是将各处的水管电动截止阀打开，利用高压水将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用；实验中的废料排入冲积平台下方的沉砂池10，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水。

E5采用多级山地灾害链模拟试验装置实现泥石流灾害防治的实验方法，包括：

S1.实验开始时，试验槽的倾角处于最小，在Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8两侧人工放置适量的土石，该土石按照实验要求配备，由于泥石流流动过程中会侵蚀沟槽并带动槽内的土石冲泻而下，则试验槽内放置的土石就是用来模拟这部分被冲刷的土石；

S2.控制液压调节组Ⅰ11、液压调节组Ⅱ12、液压调节组Ⅲ13、液压调节组Ⅳ14的液压杆长度，将Ⅰ段试验槽7与Ⅱ段试验槽8的倾角调整至实验要求的角度，Ⅰ段试验槽7调整角度范围为20-40°。Ⅱ段试验槽8调整角度为10-20°，Ⅰ段试验槽7和Ⅱ段试验槽8主要模拟泥石流的流通沟槽；

S3.控制Ⅱ端试验槽8靠近下端处的小车行走装置1402，使其在地滑轨道1403内精确位移一段距离，从而使Ⅱ段试验槽8绕着球铰1301转动，将Ⅱ段试验槽8的水平角度调整至实验要求的角度，用来模拟流通距离较长且体量较大的泥石流；

S4.利用升降料斗2将实验用的固体原料运送至混合料仓4内，由供水管路3精确供应适量的液体原料水至混合料仓内，启动混合料仓4内的搅拌机，使水和固体原料进行充分搅拌均匀，之后打开混合料仓底部出口的电动闸板门，将混合料液排放至试验料仓5内备用；

S5.在Ⅱ段试验槽内横向放置一块或多块挡板(挡板数量与相隔距离由具体实验方案确定)，用来模拟泥石流防治工程中的拦挡坝；

S6.根据实验方案要求控制试验料仓5出口的电动闸板门的开度，混合料液沿着Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8倾泻而下，对冲积平台9上放置的实验模型进行冲击，最后混合料液一部分堆积与冲积平台9，一部分堆积于挡板上方；同时人可站在投料平台1503上观察泥石流的整个冲击过程，其中电动闸板门的开度是用来调节泥石流流量，从而模拟单位时间内泥石流流量对泥石流灾害强度的影响；

S7.试验完毕后，需要卸下挡板让挡板上方的混合料液流入冲积平台9，后将混合料仓4、试验料仓5、Ⅰ段试验槽7、Ⅱ段试验槽8、冲积平台9清扫干净，打开各处的水管电动截止阀，利用高压水将各个实验设备清洗干净，以备下次实验使用；实验中的废料排入冲积平台9下方的沉砂池10，经沉淀后可循环使用固体原料和液体原料水。

E7采用多级山地灾害链模拟试验装置实现滑坡-涌浪灾害链模拟的实验方法，包括：

S1.实验开始时，在冲积平台9内放入大量的水，用来模拟近乎静止的湖泊或水库；

S2.将Ⅱ段试验槽8调节至最小角度，后放置实验要求的适量土体，用来模拟滑坡-涌浪灾害链的滑坡体；

S3.在冲积平台9中的水面放置的实验模型，如船等，调节Ⅱ段试验槽8的液压杆，使角度缓慢增大至实验要求的角度，这时土体会滑落至冲积平台9，与冲积平台9内的水撞击。该过程就是用来模拟产生滑坡后滑坡体进入湖泊或水库形成涌浪的过程；

S4.观察并监测浪花大小、涌浪高度、冲击力、模型船等打翻个数等，后对测得的数据进行分析处理；

S5.试验后清洁整理实验装置及废料处理详见泥石流灾害防治的实验方法的S7。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于,包括升降料斗、供水管路、混合料仓、试验料仓、Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽、冲积平台、沉砂池、投料架；

升降料斗由存储固体原料的料斗和给予提升动力的电动葫芦Ⅰ组成，电动葫芦Ⅰ安装于钢构架顶部起重机单梁上，固体原料料斗与电动葫芦Ⅰ相连，电动葫芦Ⅰ将固体原料料斗提升至混合料仓上方；

混合料仓内安装有大体积连续式搅拌电机，混合料仓上方接供水管路，混合料仓其出口位于试验料仓上方，并且混合料仓配置有电动闸板门；

混合料仓、试验料仓下部都分别设置有返料管，试验料仓与Ⅰ段试验槽的上端通过铰接连接，Ⅰ段试验槽的上端与试验料仓一起移动，试验料仓出口配置有电动闸板门；

所述Ⅰ段试验槽的下端位于Ⅱ段试验槽的上端上方，所述Ⅱ段试验槽的上端为喇叭状开口，Ⅱ段试验槽下端位于冲积平台的上方；

投料架由电动葫芦Ⅱ、投料斗、投料平台以及传感器安装、试验近距离查看楼梯组成，试验时打开投料斗下方的电动闸板门，投料平台位于Ⅱ段试验槽侧边，楼梯安装在投料平台旁，投料平台位于主架体侧边，主架体顶部安装有电动葫芦Ⅱ，电动葫芦Ⅱ上安装有投料斗；

Ⅱ段试验槽下端对接冲积平台，冲积平台上可放置工程模拟体，冲积平台下方设置沉砂池；

Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽由液压调节组件调节角度，所述液压调节组件由液压调节组Ⅰ、液压调节组Ⅱ、液压调节组Ⅲ、液压调节组Ⅳ组成；液压调节组Ⅰ一端与Ⅰ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅰ连接，液压调节组Ⅰ另一端与地面采用固定铰支座Ⅱ连接，液压调节组Ⅱ一端与Ⅰ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅲ连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅳ连接；

液压调节组Ⅲ一端与Ⅱ段试验槽底部采用球铰连接，另一端与地面采用固定铰支座Ⅴ连接，液压调节组Ⅳ一端Ⅱ段试验槽底部采用固定铰支座Ⅵ连接，另一端与小车行走装置铆接固定，小车行走装置位于地滑轨道内，小车行走装置采用齿轮齿条与地滑轨道接触，控制小车行走装置的步进电机，使其沿地滑轨道移动预期的距离，从而使Ⅱ段试验槽绕着球铰水平转动，由此来完成近垂直于试验槽流动方向的角度调节。

2.根据权利要求1所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，还包括钢构架，钢构架由大型支撑钢柱、顶部起重机单梁、三层站立平台、限位钢柱、侧面安检巡视楼梯组成，俯视时，四根大型支撑钢柱分别安装在正方形的角上，在四根大型支撑钢柱顶部焊接安装顶部起重机单梁，从中部到底部则依次焊接有第三层平台、第二层平台、第一层平台。

3.根据权利要求2所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，在第三层平台与第二层平台、第二层平台与第一层平台、第一层平台与地面之间均安装有上下楼梯，平台四周、楼梯两侧均安装有栏杆。

4.根据权利要求2所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，所述混合料仓的底部铆接固定在第三层平台上，供水管路上分别配有电动截止阀，逆止阀，流量计。

5.根据权利要求2所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，试验料仓内部添加倾斜底板，试验料仓与试验料仓提升装置相连接，在试验料仓提升装置外安装有水平限位的四根限位钢柱，试验料仓提升装置安装在钢构架第三层平台上。

6.根据权利要求1所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，Ⅰ段试验槽、Ⅱ段试验槽底部/两侧壁均预设孔位，方便埋设传感器。

7.根据权利要求1所述的多级山地灾害链模拟试验装置，其特征在于，Ⅰ段试验槽上方与冲积平台前方设有视频、激光扫描监视设备安装架。