CN208995976U - 一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，属于岩土工程及灾害防治技术领域。本实用新型包括运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置、升降装置和清洗回收装置。运输装置将泥石流样品传输到搅拌转装置进行搅拌，搅拌结束后将泥石流放入盛放槽中进行泥石流溃坝模拟实验。升降装置和不同的模拟沟床表面可以模拟在不同沟床梯度和粗糙度工况下的溃坝模拟实验，全程可以实验数据的自动化采集，实验结束后可以通过喷头将装置清洗干净，同时还可以将剩余的废料同过回收水槽进行回收，比较环保。本实用新型可以模拟在不同沟床梯度和粗糙度工况下的泥石流模拟实验，对泥石流发生过程中的数据进行全面的采集。

Description

一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，属于岩土工程及灾害防治技术领域。

背景技术

泥石流是暴雨、洪水将含有沙石且松软的土质山体经饱和稀释后形成的洪流，它的面积、体积和流量都较大，而滑坡是经稀释土质山体小面积的区域，典型的泥石流由悬浮着粗大固体碎屑物并富含粉砂及粘土的粘稠泥浆组成。在适当的地形条件下，大量的水体浸透流水山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分的固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就形成了泥石流。泥石流是一种灾害性的地质现象。通常泥石流爆发突然、来势凶猛，可携带巨大的石块。因其高速前进，具有强大的能量，因而破坏性极大。

泥石流的主要危害是冲毁城镇、企事业单位、工厂、矿山、乡村，造成人畜伤亡，破坏房屋及其他工程设施，破坏农作物、林木及耕地。此外，泥石流有时也会淤塞河道，不但阻断航运，还可能引起水灾。影响泥石流强度的因素较多，如泥石流容量、流速、流量等，其中泥石流流量对泥石流成灾程度的影响最为主要。此外，多种人为活动也在多方面加剧这上述因素的作用，促进泥石流的形成。

泥石流是山地常见具有突发性、致灾严重的自然灾害，全球有70多个国家的山区分布有泥石流灾害。我国属于多山国家，山地占国土面积的2/3，复杂的地质环境、地貌组合、气候条件及人为因素致使我国泥石流爆发频繁、分布广泛，给致灾区域的公路交通、农耕设施及公民建筑带来毁灭性的破坏，给人类的人身安全及生存环境带来严重的威胁。

据统计，我国有29个省（区）、771个县（市）正遭受泥石流的危害，平均每年泥石流灾害发生的频率为18次/县，近40年来，每年因泥石流直接造成的死亡人数达3700余人。据不完全统计，建国后的50多年中，我国县级以上城镇因泥石流而致死的人数已约4400人，并威胁上万亿财产，由此可见泥石流对山区城镇的危害之重。目前我国己查明受泥石流危害或威胁的县级以上城镇有138个，主要分布在甘肃(45个)、四川(34个)、云南(23个)和西藏(13个)等西部省区，受泥石流危害或威胁的乡镇级城镇数量更大。

泥石流的危害主要有：

（一）对居民点的危害

泥石流最常见的危害之一，是冲进乡村、城镇，摧毁房屋、工厂、企事业单位及其他场所设施。淹没人畜、毁坏土地，甚至造成村毁人亡的灾难。如1969年8月云南省大盈江流城弄璋区南拱泥石流，使新章金、老章金两村被毁，97人丧生，经济损失近百万元。还有2010年8月7日至8日，甘肃省舟曲爆发特大泥石流，造成1270人遇难474人失踪，舟曲5公里长、500米宽区域被夷为平地。

（二）对交通的危害

泥石流可直接埋没车站，铁路、公路，摧毁路基、桥涵等设施，致使交通中断，还可引起正在运行的火车、汽车颠覆，造成重大的人身伤亡事故。有时泥石流汇入河道，引起河道大幅度变迁，间接毁坏公路、铁路及其它构筑物，甚至迫使道路改线，造成巨大的经济损失。如甘川公路394公里处对岸的石门沟，1978年7月暴发泥石流，堵塞白龙江，公路因此被淹1公里，白龙江改道使长约两公里的路基变成了主河道，公路、护岸及渡槽全部被毁。该段线路自1962年以来，由于受对岸泥石流的影响己3次被迫改线。建国以来，泥石流给我国铁路和公路造成了无法估计的巨大损失。

（三）对水利工程的危害

主要是冲毁水电站、引水渠道及过沟建筑物，淤埋水电站尾水渠，并淤积水库、磨蚀坝面等。

（四）对矿山的危害

主要是摧毁矿山及其设施，淤埋矿山坑道、伤害矿山人员、造成停工停产，甚至使矿山报废。

泥石流严重影响我国山区的经济建设和社会发展，而泥石流的危害性表现在运动过程中具有大冲大淤特性和巨大冲击力，这又取决于其运动和动力特性，特别是对运动速度起决定性作用的阻力特性，阻力小，流速快，则破坏力大。而泥石流的阻力又与其运移所在的沟床特性有关，特别是沟床的粗糙度，因此了解沟床的粗糙度对泥石流运移和沉积的影响，将为有效进行泥石流治理工程相关参数的设计和泥石流灾害评价具有十分重要的意义。

泥石流模拟实验可以再现泥石流的启动及运移等，将泥石流的形成和运动生动的展现在人们门前。在目前的泥石流的模拟实验装置中，主要是关于模拟泥石流的启动及运移的相关装置，如模拟不同降雨类型、沟床梯度等的相关装置，来模拟这些因素对泥石流的启动和运移的影响。而在这些模拟装置中，却很少考虑到沟床的形态。因此本实用新型即针对当前泥石流模拟实验装置的不足，开发了一种在不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，模拟泥石流在不同沟床形态下的运移及堆积行为，了解沟床粗糙度对泥石流流动行为的影响，将对深入研究沟床粗糙度对泥石流在灾害预警预报、防治工程及科研具有重要的意义。

发明内容

本实用新型提供了一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，可以模拟在不同沟床梯度和形态下的泥石流溃坝过程。

本实用新型采用的技术方案：本实用新型主要包括运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置、升降装置和清洗回收装置，其中运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置依次顺序相连，升降装置固定在溃坝模拟装置的下方。

所述运输装置包括运输支架1、运输电机2、传送带Ⅰ3、样品盛放盒支架4、样品盛放盒5和传送带Ⅱ6，所述样品盛放盒5底部通过样品盛放盒支架4固定在地面，样品盛放盒5的一侧开口并与传送带Ⅰ3的一端相连，传送带Ⅰ3的另一端与传送带Ⅱ6连接，传送带Ⅱ6固定在运输支架1上，其动力由运输电机2提供，传送带Ⅱ6伸入搅拌器28中。

其中传送带Ⅰ3相对于样品盛放盒5向下倾斜，传送带Ⅱ6相对于样品盛放盒5向上倾斜，传送带Ⅰ3的长度小于传送带Ⅱ6的长度。

所述搅拌装置包括搅拌进水管7、水槽8、搅拌器支架9、搅拌电机10、搅拌台支架11、搅拌台12、搅拌进水开关25、搅拌器传动杆26、搅拌叶片27、搅拌器28和泥石流浆体排放管29，所述搅拌器28通过进水管7与其上方的水槽8相连，进水管7上设有搅拌进水开关25，搅拌台12的底部通过搅拌台支架11固定在地面上，搅拌器28通过其下端的搅拌器支架9支撑并固定在搅拌台12上，搅拌器28的底部固定有搅拌电机10，搅拌电机10上连有搅拌器传动杆26并伸入搅拌器28内，搅拌器传动杆26上设有搅拌叶片27，搅拌器28的底部还连有泥石流浆体排放管29，泥石流浆体排放管29伸入泥石流浆体盛放槽13中。

所述溃坝模拟装置包括泥石流浆体盛放槽13、玻璃挡板17、钢制底板18、提升电机30、提升支架33、模拟沟床37、高速摄像机Ⅰ40、高速摄像机Ⅱ24、高速摄像机Ⅲ42、三维激光扫描仪43，孔隙水压力探头49、应力传感器50和挡板60；所述泥石流浆体盛放槽13固定在钢制底板18上，泥石流浆体盛放槽13两侧的挡板60之间固定有可上下移动的活动门14，活动门14的上端通过钢丝31与提升电机30相连，提升电机30固定在提升支架33上，提升电机30外接控制手柄15；钢制底板18上还固定有模拟沟床37，模拟沟床37位于活动门14的相邻位置，模拟沟床37的两侧固定有带刻度的玻璃挡板17，模拟沟床37为一钢材制成的平板，平板的表层为一层混凝土61，混凝土61中嵌有鹅卵石62，鹅卵石62上固定有孔隙水压力探头49和应力传感器50，模拟沟床37的上方固定有高速摄像机Ⅰ40，三维激光扫描仪43通过三维激光扫描仪支架39固定在泥石流模拟沟床37的正前方，模拟沟床37的出口处形成泥石流堆积体41，泥石流堆积体41的两侧设置有高速摄像机Ⅱ24和高速摄像机Ⅲ42，泥石流堆积体41所处的地面上固定有孔隙水压力探头49和应力传感器50。

其中模拟沟床37与钢制底板18之间为可拆卸连接，在模拟不同粗糙度工况时方便对模拟沟床37进行更换，所述泥石流浆体盛放槽13内设有体积刻度，所述玻璃挡板17上还设有横向和纵向的刻度59。

所述升降装置包括液压升降机Ⅰ16和液压升降机Ⅱ20，两者均固定在钢制底板18的底部，其中液压升降机Ⅰ16位于泥石流浆体盛放槽13的下方，液压升降机Ⅱ20位于钢制底板18的中部，液压升降机Ⅱ20辅助液压升降机Ⅰ16的升降。

所述清洗回收装置包括回收挡板23、清洗水管开关34、清洗水管35、水泵36、喷头38、清洗支架19和回收水槽44，所述清洗水管35通过清洗支架19固定在模拟沟床37的正上方，清洗水管35上排列有多个喷头38，清洗水管35与水泵36相连，清洗水管35上还设有清洗水管开关34，所述回收挡板23位于泥石流堆积体41的两侧，回收挡板23的末端设有回收水槽44。

本实用新型的工作原理：泥石流堆积体样品通过运输装置进入搅拌装置中搅拌均匀，然后进入溃坝模拟装置以模拟不同沟床粗糙度工况下的泥石流溃坝过程，同时通过升降装置调节溃坝模拟装置的倾斜度来模拟不同沟床梯度工况下的泥石流溃坝过程，并记录泥石流的流动和堆积过程以及形成的泥石流堆积体的形态，最后通过清洗回收装置对溃坝模拟装置进行清洗并将清洗后的水流和泥浆收集。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型可以实现土样的运输和搅拌的自动化和连续化，以及模拟实验过程中数据采集的自动化，节省大量的人力和物力，提高泥石流模拟实验的效率，还能实现水资源的回收利用，节约，环保；

（2）本实用新型可以模拟在不同沟床梯度和粗糙度工况下的泥石流模拟实验，工况多，获得的数据量大；

（3）本实用新型可以采集在泥石流浆体运移和沉积过程中的孔隙水压力，应力变化，运移速度，运移距离和沉积面积等参数，为泥石流的运移，致灾和防止工程设计等提供了大量的参考数据；

（4）本实用新型可以在每次实验结束后，对沟床进行清洗，避免了上次实验对沟床的影响，从而影响下次实验结果的准确性，同时还可以将清洗过后的泥石流浆体进行回收，避免了对环境的污染。

附图说明

图1是本实用新型装置结构示意图；

图2是本实用新型的溃坝模拟实验装置示意图；

图3是本实用新型的不同模拟沟床示意图；

图4本实用新型模拟沟床表面卵石安装示意图；

图5是本实用新型清洗装置结构示意图；

图6是本实用新型升降装置结构示意图；

图7是本实用新型泥石流浆体盛放槽的活动门安装示意图；

图8是本实用新型泥石流浆体盛放槽的活动门提升示意图；

图9是本实用新型玻璃挡板的刻度示意图；

图中：1-运输支架，2-运输电机，3-传送带Ⅰ，4-样品盛放盒支架，5-样品盛放盒，6-传送带Ⅱ，7-搅拌进水管，8-水槽，9-搅拌器支架，10-搅拌电机，11-搅拌台支架，12-搅拌台，13-泥石流浆体盛放槽，14-活动门，15-控制手柄，16-液压升降机Ⅰ，17-玻璃挡板，18-钢制底板，19-清洗支架，20-液压升降机Ⅱ，21-数据信号传输线，22-数据处理计算机，23-回收挡板，24-高速摄像机Ⅱ，25-搅拌进水开关，26-搅拌器传动杆，27-搅拌叶片，28-搅拌器，29-泥石流浆体排放管，30-提升电机，31-钢丝，32-钩子，33-提升支架，34-清洗水管开关，35-清洗水管，36-水泵，37-模拟沟床，38-喷头，39-三维激光扫描仪支架，40-高速摄像机Ⅰ，41-泥石流堆积体，42-高速摄像机Ⅲ，43-三维激光扫描仪，44-回收水槽，45-液压活塞，46-液压支柱，47-液压缸，48-液压脚垫，49-孔隙水压力探头，50-应力传感器，51-接头，52-模拟沟床Ⅰ，53-模拟沟床Ⅱ，54-模拟沟床Ⅲ，55-模拟沟床表面Ⅰ，56-模拟沟床表面Ⅱ，57-模拟沟床表面Ⅲ，58-卡槽，59-刻度，60-挡板，61-混凝土，62-鹅卵石。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1-2所示，一种在不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，包括运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置、升降装置和清洗回收装置，所述运输装置包括运输支架1、运输电机2、传送带Ⅰ3、样品盛放盒支架4、样品盛放盒5和传送带Ⅱ6，所述样品盛放盒5用于盛放待搅拌的泥石流堆积体样品，其底部通过样品盛放盒支架4固定在地面，样品盛放盒5的一侧开口并与传送带Ⅰ3的一端相连，传送带Ⅰ3的另一端与传送带Ⅱ6连接，传送带Ⅱ6固定在运输支架1上以保证稳定性，运输电机2为提供传送带Ⅱ6动力，传送带Ⅱ6伸入搅拌器28中。

如图1所示，其中传送带Ⅰ3相对于样品盛放盒5向下倾斜，传送带Ⅱ6相对于样品盛放盒5向上倾斜，传送带Ⅰ3的长度小于传送带Ⅱ6的长度，待搅拌的泥石流样品依次通过传送带Ⅰ3和传送带Ⅱ6运输至搅拌器28中。

所述搅拌装置包括搅拌进水管7、水槽8、搅拌器支架9、搅拌电机10、搅拌台支架11、搅拌台12、搅拌进水开关25、搅拌器传动杆26、搅拌叶片27、搅拌器28和泥石流浆体排放管29，所述搅拌器28通过进水管7与其上方的水槽8相连，进水管7上设有搅拌进水开关25以控制水流的流通与关闭，搅拌台12的底部通过搅拌台支架11固定在地面上，搅拌器28通过其下端的搅拌器支架9支撑并固定在搅拌台12上，搅拌器28的底部固定有搅拌电机10，搅拌电机10上连有搅拌器传动杆26并伸入搅拌器28内，搅拌器传动杆26上设有搅拌叶片27，搅拌电机10为搅拌器传动杆26提供动力并带动搅拌叶片27旋转实现泥石流浆体的搅拌，搅拌器28的底部还连有泥石流浆体排放管29，泥石流浆体排放管29伸入泥石流浆体盛放槽13中，搅拌好的泥石流浆体通过泥石流浆体排放管29进入泥石流浆体盛放槽13中，水槽8内还有体积刻度，可以知道水槽8内水量的体积，方便泥石流浆体的定量配制。

所述溃坝模拟装置包括泥石流浆体盛放槽13、玻璃挡板17、钢制底板18、提升电机30、提升支架33、模拟沟床37、高速摄像机Ⅰ40、高速摄像机Ⅱ24、高速摄像机Ⅲ42、三维激光扫描仪43，孔隙水压力探头49、应力传感器50和挡板60；所述泥石流浆体盛放槽13固定在钢制底板18上，泥石流浆体盛放槽13两侧的挡板60之间固定有可上下移动的活动门14，如图7所示，活动门14通过卡槽58固定在挡板60之间，将活动门14提起时，可将泥石流浆体盛放槽13内的泥石流浆体释放。

如图8所示，活动门14的上端固定有钩子32，钢丝31一端与钩子32相连，另一端与提升电机30相连，提升电机30固定在提升支架33上，提升电机30为钢丝31提供上升的动力，进而提起活动门14，从而进行泥石流溃坝模拟实验，提升电机30外接控制手柄15进行操作与控制。

钢制底板18上还固定有模拟沟床37，模拟沟床37位于活动门14的相邻位置，模拟沟床37的两侧固定有带刻度的玻璃挡板17，可以防止泥石流浆体的流出，同时玻璃挡板17上还有刻度59，如图9所示，刻度59由横向和纵向的刻度组成，可以测量泥石流运移过程中的运移距离和厚度。如图4所示，模拟沟床37为一钢材制成的平板，平板的表层为一层混凝土61，混凝土61中嵌有鹅卵石62，鹅卵石62上固定有孔隙水压力探头49和应力传感器50，可以测量泥石流运移和沉积过程中浆体的孔隙水压力和应力变化，并通过数据信号传输线21传输至数据处理计算机22。

泥石流浆体的溃坝过程可以通过高速摄像机拍摄，高速摄像机可以快速捕捉泥石流在较短时间内的浆体位移及速度变化。模拟沟床37的上方固定有高速摄像机Ⅰ40，主要摄录沟床上游泥石流浆体的流动过程，三维激光扫描仪43通过三维激光扫描仪支架39固定在泥石流模拟沟床37的正前方，泥石流的堆积形态可以通过三维激光扫描仪43扫描并通过专业的软件处理，计算出泥石流堆积体的厚度和面积，精度为2 mm。模拟沟床37的出口处形成泥石流堆积体41，泥石流堆积体41的两侧设置有高速摄像机Ⅱ24和高速摄像机Ⅲ42，主要用于摄录泥石流的堆积过程。泥石流堆积体41所处的地面上固定有孔隙水压力探头49和应力传感器50，也通过数据信号传输线21传输至数据处理计算机22。

如图3所示，其中模拟沟床37与钢制底板18之间为可拆卸连接，可以在模拟沟床37的四周设置接头51，将其卡进钢制底板18对应位置，或者采用其他的活动连接方式，用于在模拟不同粗糙度工况时方便对模拟沟床37进行更换。

所述升降装置包括液压升降机Ⅰ16和液压升降机Ⅱ20，两者均固定在钢制底板18的底部，其中液压升降机Ⅰ16位于泥石流浆体盛放槽13的下方，液压升降机Ⅱ20位于钢制底板18的中部，液压升降机Ⅱ20的结构和使用原理都和液压升降机Ⅰ16相同，主要起辅助液压升降机Ⅰ16升降的作用。液压升降机Ⅰ16和液压升降机Ⅱ20的数量可以具体设置，两者的数量最好相同，且均匀对应的分布，当进行调节时，可保证钢制底板18的稳定性。两者具体结构如图6所示，液压脚垫48安放在地面上，上面安装有液压缸47，液压支柱46和液压活塞45，当液压缸47工作时液压活塞45可以上下升降，因液压活塞45对钢制底板18的支撑作用，钢制底板18也将同时上下升降。

因钢制底板18的一端固定，因此当钢制底板18未固定的另一端在升降装置的作用升降时，可以使钢制底板18倾斜而具有一定的倾角，从而使钢制底板18上的溃坝模拟装置在泥石流溃坝模拟过程中具有一定的倾角。改变升降装置的升降高度，钢制底板18的倾角也将会改变，因模拟沟床37安装在钢制底板18上，因此钢制底板18倾角的改变将改变模拟沟床37的沟床梯度，从而实现在不同沟床梯度工况下的泥石流溃坝模拟实验。

所述清洗回收装置包括回收挡板23、清洗水管开关34、清洗水管35、水泵36、喷头38、清洗支架19和回收水槽44，如图5所示，所述清洗水管35通过清洗支架19固定在模拟沟床37的正上方，清洗水管35上排列有多个喷头38，清洗水管35与水泵36相连，水流从喷头38流出后可以不断冲刷模拟沟床37上因实验结束后留下的泥石流浆体，从而清洗模拟沟床37。水流经过水泵36加压，具有一定压力，经过喷头38喷出时可具有一定的雨强，增加清洗模拟沟床37的效果。清洗水管35上还设有清洗水管开关34，清洗水管开关34可以控制水流的接通和关闭。所述回收挡板23位于泥石流堆积体41的两侧，回收挡板23的末端设有回收水槽44。在清洗过程中回收挡板23可以防止清洗的水流和泥浆向四周流出，不利于回收。最终清洗的水流和泥浆全部流入回收水槽44，可以实现样品的再回收和避免流入地表，污染环境。

如图1-2所示，回收挡板23设置成弧线形，两侧的回收挡板23形成一个壶形，即其中部尺寸最大，两端的开口处尺寸略小，与回收水槽44连接的开口尺寸小于与模拟沟床37连接的开口尺寸，这样可以有效的将泥石流堆积体41围挡起来，当对模拟沟床37冲洗时，流出的水流和泥浆可以顺着回收挡板23的弧线被引导至回收水槽44。

利用本装置进行泥石流溃坝模拟实验的具体操作如下：

1、将一定质量M的泥石流堆积体样品放在样品盛放盒5里，其中泥石流堆积体样品是从泥石流发生地采集的泥石流堆积体，打开运输电机2开关，让输送带运转，然后样品将通过传动带Ⅰ3输送到传动带Ⅱ6，然后输送至搅拌器28。

2、在水槽8内注入一定体积V的水量，然后打开搅拌进水开关25，水流将从水槽8内通过进水管7流入搅拌器28中，然后打开搅拌电机10开关，搅拌叶片27将转动起来，不断对泥水混合物搅拌。

3、将孔隙水压力探头49和应力传感器50分别在模拟沟床37上相应位置安装好，然后将模拟沟床37在钢制底板18上安装好。调整液压升降机Ⅱ20和液压升降机Ⅰ16的高度，将钢制底板18角度调整至实验所需角度α。检查并调试孔隙水压力探头49、应力传感器50、高速摄像机Ⅰ40、高速摄像机Ⅱ24、高速摄像机Ⅲ42和数据处理计算机22等的连通是否正常，保证数据的正常采集。打开高速摄像机Ⅰ40、高速摄像机Ⅱ24、高速摄像机Ⅲ42和数据处理计算机22，查看并保证数据采集正常。

4、当搅拌器28中泥石流浆体搅拌均匀后，将泥石流浆体通过泥石流浆体排放管29排入泥石流浆体盛放槽13中，当浆体全部流入泥石流浆体盛放槽13中后，通过控制手柄15将活动门14提起，将泥石流浆体盛放槽13内的泥石流浆体释放，从而进行泥石流溃坝模拟实验。泥石流浆体释放后，将经历高速流动并逐渐停止流动，然后堆积。打开三维激光扫描仪43对泥石流最终堆积形态进行扫描并处理。查看数据处理计算机22采集的数据，并进行编号保存。

5、打开清洗水管开关34，水流经过水泵36加压后，具有一定压力并从喷头38喷出，在水流的不断冲刷作用下，模拟沟床37上的残余泥石流浆体将被清洗干净，并流至回收水槽44中进行回收。

6、实验结束后，进行数据保存并处理，然后分析。

当进行不同梯度的模拟实验时，保证模拟沟床的粗糙度不变，唯一的变量为沟床梯度，即钢制底板18的角度α。重复上述实验步骤1~5，分别进行3组不同沟床梯度下的泥石流溃坝模拟实验，沟床梯度大小为α₁<α₂<α₃，沟床选择Ⅰ号模拟沟床52，实验中保证每次实验样品质量M和供水体积V不变。同理当进行不同沟床粗糙度的模拟实验时，保证沟床的梯度α不变，唯一的变量是模拟沟床粗糙度。重复上述上述实验步骤1~5，分别更换模拟沟床37进行泥石流溃坝模拟实验，依次为如图3所示的模拟沟床Ⅰ52，模拟沟床Ⅱ53和模拟沟床Ⅲ54，实验中保证每次实验样品质量M和供水体积V不变，模拟沟床Ⅰ52，模拟沟床Ⅱ53和模拟沟床Ⅲ54的沟床表面分别有用混凝土61安装有不同粒径的鹅卵石62，三种模拟沟床的鹅卵石62除了粒径不一样外，其他的安装过程均保持一致。三种模拟沟床表面不同粒径的鹅卵石62分别代表不同的沟床表面粗糙度，三种模拟沟床表面安装鹅卵石62的粒径大小为：模拟沟床表面Ⅰ55<模拟沟床表面Ⅱ56<模拟沟床表面57，因此三种模拟沟床表面的粗糙度大小分别为：模拟沟床表面Ⅰ55<模拟沟床表面Ⅱ56<模拟沟床表面Ⅲ57。

上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：包括运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置、升降装置和清洗回收装置，所述运输装置、搅拌装置、溃坝模拟装置依次顺序相连，所述升降装置固定在溃坝模拟装置的下方，泥石流堆积体样品通过运输装置进入搅拌装置中搅拌均匀，然后进入溃坝模拟装置以模拟不同沟床粗糙度工况下的泥石流溃坝过程，同时通过升降装置调节溃坝模拟装置的倾斜度来模拟不同沟床梯度工况下的泥石流溃坝过程，并记录泥石流的流动和堆积过程以及形成的泥石流堆积体的形态，最后通过清洗回收装置对溃坝模拟装置进行清洗并将清洗后的水流和泥浆收集；

所述溃坝模拟装置中设置有模拟沟床（37），所述模拟沟床（37）表面均匀铺设有不同粒径的鹅卵石（62），鹅卵石（62）的粒径越小，模拟沟床（37）表面的粗糙度越小。

2.根据权利要求1所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述运输装置包括运输支架（1）、运输电机（2）、传送带Ⅰ（3）、样品盛放盒支架（4）、样品盛放盒（5）和传送带Ⅱ（6），所述样品盛放盒（5）底部通过样品盛放盒支架（4）固定在地面，样品盛放盒（5）的一侧开口并与传送带Ⅰ（3）的一端相连，传送带Ⅰ（3）的另一端与传送带Ⅱ（6）连接，传送带Ⅱ（6）固定在运输支架（1）上，传送带Ⅱ（6）的动力由运输电机（2）提供，传送带Ⅱ（6）伸入搅拌器（28）中。

3.根据权利要求2所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述传送带Ⅰ（3）相对于样品盛放盒（5）向下倾斜，传送带Ⅱ（6）相对于样品盛放盒（5）向上倾斜，传送带Ⅰ（3）的长度小于传送带Ⅱ（6）的长度。

4.根据权利要求1所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述搅拌装置包括搅拌进水管（7）、水槽（8）、搅拌器支架（9）、搅拌电机（10）、搅拌台支架（11）、搅拌台（12）、搅拌进水开关（25）、搅拌器传动杆（26）、搅拌叶片（27）、搅拌器（28）和泥石流浆体排放管（29），所述搅拌器（28）通过进水管（7）与其上方的水槽（8）相连，进水管（7）上设有搅拌进水开关（25），搅拌台（12）的底部通过搅拌台支架（11）固定在地面上，搅拌器（28）通过其下端的搅拌器支架（9）支撑并固定在搅拌台（12）上，搅拌器（28）的底部固定有搅拌电机（10），搅拌电机（10）上连有搅拌器传动杆（26）并伸入搅拌器（28）内，搅拌器传动杆（26）上设有搅拌叶片（27），搅拌器（28）的底部还连有泥石流浆体排放管（29），泥石流浆体排放管（29）伸入泥石流浆体盛放槽（13）中。

5.根据权利要求1所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述溃坝模拟装置包括泥石流浆体盛放槽（13）、玻璃挡板（17）、钢制底板（18）、提升电机（30）、提升支架（33）、模拟沟床（37）、高速摄像机Ⅰ（40）、高速摄像机Ⅱ（24）、高速摄像机Ⅲ（42）、三维激光扫描仪（43），孔隙水压力探头（49）、应力传感器（50）和挡板（60）；所述泥石流浆体盛放槽（13）固定在钢制底板（18）上，泥石流浆体盛放槽（13）两侧的挡板（60）之间固定有可上下移动的活动门（14），活动门（14）的上端通过钢丝（31）与提升电机（30）相连，提升电机（30）固定在提升支架（33）上，提升电机（30）外接控制手柄（15）；钢制底板（18）上还固定有模拟沟床（37），模拟沟床（37）位于活动门（14）的相邻位置，模拟沟床（37）的两侧固定有带刻度的玻璃挡板（17），模拟沟床（37）为一钢材制成的平板，平板的表层为一层混凝土（61），混凝土（61）中嵌有鹅卵石（62），鹅卵石（62）上固定有孔隙水压力探头（49）和应力传感器（50），模拟沟床（37）的上方固定有高速摄像机Ⅰ（40），三维激光扫描仪（43）通过三维激光扫描仪支架（39）固定在泥石流模拟沟床（37）的正前方，模拟沟床（37）的出口处形成泥石流堆积体（41），泥石流堆积体（41）的两侧设置有高速摄像机Ⅱ（24）和高速摄像机Ⅲ（42），泥石流堆积体（41）所处的地面上固定有孔隙水压力探头（49）和应力传感器（50）。

6.根据权利要求5所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述模拟沟床（37）与钢制底板（18）之间为可拆卸连接，所述泥石流浆体盛放槽（13）内设有体积刻度，所述玻璃挡板（17）上还设有刻度（59）。

7.根据权利要求1所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述升降装置包括液压升降机Ⅰ（16）和液压升降机Ⅱ（20），两者均固定在钢制底板（18）的底部，其中液压升降机Ⅰ（16）位于泥石流浆体盛放槽（13）的下方，液压升降机Ⅱ（20）位于钢制底板（18）的中部，液压升降机Ⅱ（20）辅助液压升降机Ⅰ（16）的升降。

8.根据权利要求1所述的不同沟床形态下的泥石流溃坝模拟实验装置，其特征在于：所述清洗回收装置包括回收挡板（23）、清洗水管开关（34）、清洗水管（35）、水泵（36）、喷头（38）、清洗支架（19）和回收水槽（44），所述清洗水管（35）通过清洗支架（19）固定在模拟沟床（37）的正上方，清洗水管（35）上排列有多个喷头（38），清洗水管（35）与水泵（36）相连，清洗水管（35）上还设有清洗水管开关（34），所述回收挡板（23）位于泥石流堆积体（41）的两侧，回收挡板（23）的末端设有回收水槽（44）。