CN116296265B - 一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置及方法，其测量装置主要由实验水槽、数据采集系统及泥石流堆积扇区导轨及压力传感器构成。本装置可按实验需求布置x、y、z三个方向的导轨，通过控制y方向和z方向导轨的数量及位置实现泥石流堆积扇区不同测点的冲击压力便携式测量。本发明可实现便携式调节不同测点的需求，大大缩减实验时间，提高实验效率。

Description

一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置及方法

技术领域

本发明涉及自然灾害监测领域，涉及一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置及方法。

背景技术

山洪、泥石流为一种破坏力极强的自然灾害。泥石流动力学特征是泥石流形成、运动、冲击及沉积等过程体现的一系列宏观特性，对泥石流动力学特征的深入认识能够为工程防治设计及优化提供理论基础。在泥石流动力学特征研究中，对泥石流冲击力的准确测量，尤其是泥石流堆积扇区冲击力空间分布的准确测量，是一大难点与重点问题。

室内模型实验是泥石流研究中的基本方法之一，泥石流实验在认识泥石流现象、揭示泥石流形成机制等研究中至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种泥石流冲击力分布测量装置和方法，以实现泥石流堆积扇区冲击压力空间分布的便捷、简易测量。

本发明的技术方案如下：

首先，本发明提供一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置，包括实验水槽、数据采集系统、堆积扇区导轨和压力传感器，堆积扇区导轨包括x向导轨、y向导轨、z向导轨；x向导轨设置在堆积扇区实验水槽流向方向两侧，用于泥石流流向冲击压力的测量；y向导轨垂直安装于x向导轨，用于泥石流展向冲击压力的测量；z向导轨安装于y向导轨上，且垂直于x向导轨和y向导轨所形成的平面，所述x向导轨和/或y向导轨和/或z向导轨上设置有压力传感器，分别用来测量x、y、z方向上不同点位的冲击力，压力传感器的迎冲面朝向与泥石流流向相对的一面。

进一步地， 实验水槽包括水槽、支撑架、泥石流实验物料，其中水槽坡度及泥石流物料体积可调节。

进一步地，数据采集系统包括计算机和数据采集器，用于泥石流冲击压力的记录与保存。

作为本发明的一种改进，y向导轨可沿x向导轨平行设置多个，z向导轨可沿y向导轨间隔设置多个，所述x向导轨和/或y向导轨和/或z向导轨上的压力传感器可为多个，以便于同时测量多个点位的冲击力，综合评价堆积扇区的冲击力分布。

进一步地，y向导轨相对于x向导轨的位置可调节，z向导轨相对于y向导轨的位置可调节，这样可以便于调整测量点位分布情况，以适应不同测量需求。

进一步地，y向导轨与x向导轨，z向导轨与y向导轨之间的连接方式为可拆卸连接，连接方式为螺纹连接、卡扣连接、铰链连接或磁吸。

进一步地，导轨上带有刻度，方便记录不同测量需求下的导轨或压力传感器的初始位置。

进一步地，压力传感器探头通过螺纹连接棒与所述导轨相连接。

进一步地，压力传感器的探头形状为长方体、正方体、球体中任意一种。

优选地，上述导轨为桁架钢结构。

更进一步地，上述测量装置还包括摄像装置，用于泥石流冲击过程实时记录。

另外，本发明还提供一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，包括以下步骤：

S1:根据实验需求，搭建测量装置；

S2:通过实验水槽模拟泥石流，对堆积扇区的x向导轨、y向导轨、z向导轨和压力传感器产生冲击作用；

S3：压力传感器获取的冲击压力信号传输至数据采集器，数据采集器对信号进行分析处理，通过以太网传输至计算机并保存；

S4:计算堆积扇区泥石流的冲击力分布情况。

具体地，上述S1具体包括但不限于：设置实验水槽的倾斜角度，配置泥石流物料，设置堆积扇区导轨及压力传感器的数量及分布情况。

进一步地，为适应不同的实验需求，上述泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法还包括S5：调整上述实验水槽的倾斜角度和/或泥石流物料组成和/或泥石流物料体积，再重复S1至S4操作步骤进行试验。

进一步地，上述泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法还包括S5：调整堆积扇中导轨和压力传感器的数量及分布情况，再重复S1至S4操作步骤进行试验。

进一步地，上述S5中调整堆积扇中导轨和压力传感器的数量及分布情况具体为：

需同步测量多个流向位置的冲击压力时，沿x方向安装多个y向导轨，通过调节各y向导轨的流向位置，实现x方向不同位置的冲击力分布测试；或通过调节x导轨上的压力传感器的位置，测量x向导轨上不同点位的冲击力大小；

需同步测量多个展向位置的冲击压力时，在y向导轨上安装多个z向导轨，通过调节各z向导轨的展向位置，实现y方向不同位置的冲击力分布测试，或通过调节y向导轨上压力传感器的位置，测量y向导轨上不同点位冲击力大小；通过调整z向导轨上压力传感器的高度位置，实现z向不同高度位置的冲击力分布测试。

综上所述，本发明提供的一种泥石流堆积扇中冲击力空间分布测量装置和方法，能够实现泥石流堆积扇区冲击压力空间分布的测量，仪器布置简易，成本低廉，本装置和方法还可以根据不同的实验需求，便捷地调整实验水槽的角度和泥石流物料，以及根据堆积扇区不同测点的测量需求调整导轨和压力传感器分布情况，实现不同实验需求下泥石流堆积扇区冲击压力空间分布的测量，灵活性高，适用广泛，操作简单，为泥石流冲击压力测量提供很大便利。

附图说明

图1是实施例一的泥石流堆积扇区冲击力空间测量整体布置图；

图2是实施例一冲击力空间测量布置局部图；

图3 是实施例一泥石流堆积扇区冲击力空间测量整体布置平面示 意图；

图4是实施例一压力传感器示意图；

附图标记：

1-实验水槽；1-1水槽；1-2支撑架；1-3角度调节装置；1-4泥石流实验物料；2-数据采集系统；3-泥石流堆积扇；4-x向导轨；5-y向导轨；6-z向导轨；7-压力传感器；7-1压力传感器探头；8-刻度尺；9-螺纹连接棒；10-压力传感器的迎冲面；11-线缆。

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，下面将结合本发明附图，对本发明技术方案进行清楚、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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

实施例一：

图1示出了本实施例的泥石流堆积扇区冲击力空间测量整体布置图， 包括实验水槽1、数据采集系统2、堆积扇区导轨4,5,6和压力传感器7；其中，实验水槽1包括水槽1-1、支撑架1-2、角度调节装置1-3,、泥石流实验物料1-4，堆积扇区导轨包括x向导轨4、y向导轨5、z向导轨6。

如图2-4所示，x向导轨4设置在堆积扇区实验水槽流向方向两侧，用于泥石流流向冲击压力的测量；y向导轨5垂直安装于x向导轨，用于泥石流展向冲击压力的测量；z向导轨6安装于y向导轨上，且垂直于x向导轨4和y向导轨5所形成的平面，z向导轨6的一端安装有压力传感器7，压力传感器采用压力传感器探头7-1，压力传感器探头7-1通过螺纹连接棒9与z向导轨6相连接，压力传感器7的迎冲面10朝向与泥石流流向相对的一面。

x向导轨4、y向导轨5、z向导轨6的两侧固定有刻度尺8，y向导轨5相对于x向导轨4的位置可调节，z向导轨6相对于y向导轨5的位置可调节。优选地，y向导轨5与x向导轨4，z向导轨6与y向导轨5之间通过卡扣连接的方式连接。

为了同步测量3个展向位置的冲击压力，在y向导轨5上沿y向间隔设置3个z向导轨6，每个z向导轨6下方设置一个压力传感器7；为了同步测量5个流向位置的冲击压力，在x向导轨4上平行设置5个y向导轨5。

在装置的x方向固定的支撑结构上固定安装GoPro实时摄像装置，对泥石流冲击过程进行实时记录分析。

以上装置的测量方法如下：

S1:根据实验需求，配好泥石流物料，通过角度调节装置1-3调节好水槽1-1的倾斜角度，按照堆积扇底板设计，安装好堆积扇中导轨和压力传感器7，记录各导轨和压力传感器的位置；

S2:通过实验水槽1模拟泥石流，对堆积扇区4的导轨和压力传感器7产生冲击作用，z向导轨6上的压力传感器7感知到泥石流的冲击压力；

S3: 压力传感器7获取的冲击压力信号传输至数据采集器，数据采集器对信号进行分析处理，通过以太网传输至计算机并保存；

S4:计算堆积扇区4泥石流的冲击力分布情况。

拆除1个y向导轨5和1个z向导轨6和1个压力传感器7，改变各y向导轨5间的间距，改变z向导轨6的高度，重复上述步骤，测量另外一种测点布局下的冲击力分布情况。

实施例二：

为了更全面的测量堆积扇区冲击力分布情况，将实施例一中的每个z向导轨6上间隔设计3个压力传感器7，用来计量不同高度的点位处冲击力的分布情况。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，基于一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量装置，所述装置包括实验水槽、数据采集系统、堆积扇区导轨和压力传感器，所述堆积扇区导轨包括x向导轨、y向导轨、z向导轨，所述x向导轨设置在堆积扇区实验水槽流向方向两侧，用于泥石流流向冲击压力的测量；所述y向导轨垂直安装于x向导轨，用于泥石流展向冲击压力的测量；所述z向导轨安装于y向导轨上，且垂直于x向导轨和y向导轨所形成的平面，所述x向导轨和y向导轨和/或z向导轨上设置有压力传感器，分别用来测量x、y、z方向上不同点位的冲击力，所述压力传感器的迎冲面朝向与泥石流流向相对的一面；

所述y向导轨相对于x向导轨的位置可调节，z向导轨相对于y向导轨的位置可调节；

所述y向导轨与x向导轨，z向导轨与y向导轨之间的连接方式为可拆卸连接；

所述方法包括以下步骤：

S1:根据实验需求，制作搭建测量装置；

S2:通过实验水槽模拟泥石流，对堆积扇区的x向导轨、y向导轨、z向导轨和压力传感器产生冲击作用；

S3:压力传感器获取的冲击压力信号传输至数据采集器，数据采集器对信号进行分析处理，通过以太网传输至计算机并保存；

S4:计算堆积扇区泥石流的冲击力分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述实验水槽包括水槽、支撑架、角度调节装置、泥石流实验物料，其中水槽坡度及泥石流物料体积可调节。

3.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述数据采集系统包括计算机和数据采集器，用于泥石流冲击压力的记录与保存。

4.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述y向导轨可沿x向导轨平行设置多个，z向导轨可沿y向导轨间隔设置多个，所述x向导轨和/或y向导轨和/或z向导轨上的压力传感器可为多个。

5.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述导轨带有刻度。

6.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述压力传感器的探头通过螺纹连接棒与所述导轨相连接。

7.根据权利要求6所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述压力传感器的探头形状为长方体、正方体、球体中任意一种。

8.根据权利要求7所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述导轨为桁架钢结构。

9.根据权利要求8所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，还包括摄像装置，用于泥石流冲击过程实时记录。

10.根据权利要求1所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述S1具体包括：设置实验水槽的倾斜角度，配置泥石流物料，设置堆积扇区导轨及压力传感器的数量及分布情况。

11.根据权利要求10所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，还包括S5：调整所述实验水槽的倾斜角度和/或泥石流物料组成和/或泥石流物料体积，重复S1至S4操作步骤进行试验。

12.根据权利要求10所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，还包括S5：调整堆积扇中导轨和压力传感器的数量及分布情况，重复S1至S4操作步骤进行试验。

13.根据权利要求12所述的一种泥石流堆积扇区冲击力空间分布测量方法，其特征在于，所述S5中调整堆积扇中导轨和压力传感器的数量及分布情况具体为：

需同步测量多个流向位置的冲击压力时，沿x方向安装多个y向导轨，通过调节各y向导轨的流向位置，实现x方向不同位置的冲击力分布测试；或通过调节x导轨上的压力传感器的位置，测量x向导轨上不同点位的冲击力大小；

需同步测量多个展向位置的冲击压力时，在y向导轨上安装多个z向导轨，通过调节各z向导轨的展向位置，实现y方向不同位置的冲击力分布测试，或通过调节y向导轨上压力传感器的位置，测量y向导轨上不同点位冲击力大小；通过调整z向导轨上压力传感器的高度位置，实现z向不同高度位置的冲击力分布测试。