CN217084963U - 一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，其特征在于：其包括依次相连的储水箱、水槽和排污槽；还包括位于水槽内设有模拟滑坡坝的滑坡坝模型、位于排污槽下方的废水箱、设置在储水箱下为储水箱输送水的可调节送水量的抽水泵以及连接废水箱的和抽水泵的第一水管；还包括摄像系统，其位置设于可拍摄滑坡坝模型处。本实用新型本实用新型的模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，既可以让实验人员方便的根据实验参数要求构筑滑坡坝模型，挖设具有特定高宽比的溢洪道模型，对整个实验进行摄像记录，并重复设定实验参数，重复进行特定实验，提高了实验效率。

Description

一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置

技术领域

本实用新型涉及灾害防治领域，尤其涉及一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置。

背景技术

堰塞湖通常是由于山体滑坡和地震等灾害引发的泥石流雪崩，滑坡体阻塞河道，成为天然的滑坡坝，滑坡坝持续发展造成河道完全堵塞，进而形成堰塞湖。在山区，滑坡是经常发生的自然地质灾害。而储水量巨大的堰塞湖的滑坡坝在受到意外破坏后会产生巨大的洪水和泥石流，对下游居民的安全和财产构成了巨大的威胁。因此，更好地了解滑坡坝的溃坝过程和相应的应急措施，对于保护人们免受巨大后果的影响至关重要。从滑坡坝溃坝的研究理论上为群众的撤离提供了可靠支持，有利于相关部门的实行有效的救援规划，例如相关防灾部门对受影响区域的地理界线划定和设定需要防范风险的强弱程度，这样不仅避免了人力和物质资源的浪费，也确保了堰塞湖下游的安全。

目前，开挖溢洪道被广泛认为是控制滑坡坝破坏的有效风险缓解措施。而开挖溢洪道需要对滑坡坝溃坝过程和机理进行研究，滑坡坝溃坝研究主要采用三种方法：数值模拟、现场调查和模型试验。

滑坡坝溃坝过程的数值模拟精度较差，难以指导复杂、危险的地质条件使破坝过程中数据的实时现场测量成为困难。而现场调查成本又过高，只有经过长期持续的检测可以获得较为准确的数据，但由于成本过高，无法持续定量的监测滑坡坝如何破裂和何时破裂。

我们采用模型试验对滑坡坝机理进行研究，为溢洪道开挖提供指导。在模型试验中，利用滑坡材料在水槽中建造了一个小型水坝，以模拟滑坡坝的溃决。研究直角三角溢洪道不同深宽比下的破坏过程，并通过现象和水文分析推导出了破坏机理。并对溢洪道设计进行优化，为风险防范和应急对策提供指导。然而，模型检验虽然研究滑坡坝破坏机理的一种较好的方法，但是由于尺寸效应，在实际应用过程有一定的误差。

我们迫切需要找到滑坡坝何时破裂和如何破裂的这两个关键问题的准确答案，并通过采用模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置的对比分析试验，分析不同几何尺寸的溢洪道的截面和纵向演化过程，研究溢洪道膨胀特性与水流冲刷之间的关系。在此基础上，研究出了模拟实验下溢洪道的最佳高宽比，在防治堰塞湖滑坡坝灾害发生的实践中，可以将堰塞湖的突出流控制在一个安全范围内，避免对下游造成更大的危害，这对防治堰塞湖滑坡坝灾害的发生具有重要的工程意义。

发明内容

本实用新型目的是提供一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，用来模拟和研究滑坡坝的破坏过程和直角三角溢洪道在不同宽深比下的破坏过程，记录坝体破坏的具体时间和破坏方式，为设计溢洪道和防范溃坝风险提供指导。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，其包括依次相连的储水箱 (1)、水槽(2)和排污槽(3)，所述储水箱(1)下方设有第一支架(4)；所述水槽(2)与所述储水箱(1)连接端的高度高于与所述排污槽(3)连接端的高度；所述水槽(2)的下方、在所述水槽(2)与所述排污槽(3)连接的方向设有可调高度的第二支架(5)；

该实验装置还包括位于所述水槽(2)内设有模拟滑坡坝的滑坡坝模型(6)、位于所述排污槽(3)下方的废水箱(7)、设置在所述储水箱(1)下方为所述储水箱(1)输送水的可调节送水量的抽水泵(8)以及连接所述废水箱(7)的和所述抽水泵(8)的第一水管(12)，所述储水箱(1)与所述水槽(2)连接处活动设有可启闭的储水闸门(9)，所述储水箱(1)内的水可自所述储水闸门 (9)，经过所述水槽(2)和所述排污槽(3)流入所述废水箱(7)，再通过所述第一水管(12)输送至所述储水箱(1)下方，被所述抽水泵(8)抽回所述储水箱(1)；所述滑坡坝模型(6)的两侧与所述水槽(2)的两侧壁相接触，所述水槽(2)的一侧侧壁为透明侧壁(10)；所述滑坡坝模型(6)上方坝面在所述透明侧壁(10)处挖设模拟溢洪道的溢洪道模型(11)；

该实验装置还包括摄像系统(13)，其位置设于可拍摄所述滑坡坝模型(6) 处。

进一步，所述储水闸门(9)为模拟三角堰的三角堰模型。

进一步，所述储水箱(1)内活动设有若干挡水片(15)。

进一步，所述挡水片(15)上设有竖直方向的条形通孔(16)。

进一步，所述摄像系统(13)包括位于所述透明侧壁(10)外侧的第一摄像装置(17)；还包括位于所述水槽(2)上方、且位于滑坡坝模型(6)与所述水槽(2)连接于所述排污槽(3)的连接端之间的第二摄像装置(18)。

进一步，所述摄像系统(13)还包括位于所述滑坡坝模型(6)上方的第三摄像装置(19)。

进一步，所述透明侧壁(10)上设有具有特定尺寸的观察网格。

进一步，所述具有特定尺寸的观察网格包括10CM*10CM的观察网格。

进一步，所述排污槽(3)下设有第三支架(20)。

进一步，所述储水箱(1)底部设有可调节开关的且与所述第一水管(12) 相连的第二水管(21)。

相比于现有技术，本实用新型具备以下有益效果：

本实用新型的模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，既可以让实验人员方便的根据实验参数要求构筑滑坡坝模型，挖设具有特定高宽比的溢洪道模型，对整个实验进行摄像记录获得可反复播放的摄像资料，并可重复设定实验参数，重复进行特定实验，并且也实现对实验资源的节约和回收利用，方便了人工操作，减少了人力物力的消耗。实验中可通过前期流入水量的设定，可以减少渗流或管道引起的不确定性，同时避免了翻坝现象的发生，提高实验效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一实施例的整体示意图。

图2为本实用新型提供的一实施例的第一摄像装置和第二摄像装置位置图。

图3为本实用新型提供的一实施例的第三摄像装置位置图。

附图中标号为：

1、储水箱；2、水槽；3、排污槽；4、第一支架；5、第二支架；6、滑坡坝模型；7、废水箱；8、抽水泵；9、储水闸门；10、透明侧壁；11、溢洪道模型；12、第一水管；13、摄像系统；15、挡水片；16、条形通孔；17、第一摄像装置； 18、第二摄像装置；19、第三摄像装置；20、第三支架；21、第二水管。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本实用新型进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本实用新型进行示例性的描述，而并不能对本实用新型的保护范围构成任何限制。所有包含在本实用新型的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本实用新型的保护范围。

本实用新型的原理是，通过在模拟实验装置中模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程，分析不同几何尺寸的溢洪道的截面和纵向演化过程，观测和推导出溢洪道膨胀特性与水流冲刷之间的关系，以此推导出模拟试验下溢洪道的最佳高宽比。

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。

如图1所示，模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置包括依次相连的储水箱 1、水槽2和排污槽3，储水箱1下方设有第一支架4，第一支架4具有一定高度；水槽2与储水箱1连接端的高度高于水槽2与排污槽3连接端的高度；水槽2的下方、在水槽2与排污槽3连接的方向设有可调高度的第二支架5。

储水箱1是用来模拟堰塞湖的储水设备，储水箱1下设置的第一支架4，确保储水箱1的具备一定高度，便于模拟处在海拔位置较高处的堰塞湖。水槽2用来模拟河道，可调节高度的第二支架5的作用是用来调节水槽2的倾斜角度，模拟不同地质条件下不同的河床坡度。

该实验装置还包括位于水槽2内的模拟滑坡坝的滑坡坝模型6，位于排污槽 3下方的收集废水的废水箱7，设置在储水箱1下为储水箱1输送水的可调节送水量的抽水泵8以及连接废水箱7的和抽水泵8的第一水管12；储水箱1与水槽 2连接处活动设有可启闭的储水闸门9，储水闸门9可根据实验需求更换不同高度的储水闸门9，以设置不同的水位溢出高度；储水箱1内的水可自储水箱1，流经开启的储水闸门9、水槽2和排污槽3，再流入废水箱7，通过第一水管12 输送至储水箱1下方，被抽水泵8抽回储水箱1；滑坡坝模型6的两侧与水槽2 的两侧壁相接触，水槽2的一侧侧壁为透明侧壁10；滑坡坝模型6上方透明侧壁 10处挖设模拟溢洪道的溢洪道模型11；

滑坡坝模型6用来模拟山谷中的滑坡坝，水流来的方向构成滑坡坝模型6上游，水流流过滑坡坝模型6的方向构成滑坡坝模型6下游。

如图2和图3所示，该实验装置还包括摄像系统13，摄像系统13的位置设于可拍摄所述滑坡坝模型6处。摄像系统13可以将实验系统从开始运行之时起，开始记录，让实验者可以准确观察到溃坝的整个细节变化过程，同时获取到每个溃坝细节对应的准确时间，摄像资料对于重现溃坝的过程，多角度多因素研究溃坝的机理具有非常重要的作用。

根据一些较佳的实施例，储水闸门9为模拟三角堰的三角堰模型。三角堰是在流水通道中经常使用的水利设施，三角堰模型的底部可阻挡部分泥沙，还可以控制水流的速度。

根据一些较佳的实施例，储水箱1内活动设有若干挡水片15。挡水片15可多角度摆放在储水箱1内，优选摆放在垂直于水流方向，挡水片15可以用来控制储水箱1里的流水的流速，当抽水泵8运行时，储水箱1内的水会产生较大的扰动，为了平复水循环带来的扰动，让储水箱1里的水位更容易保持在一个恒定的水平位置，最大程度减少对溃坝实验结果的影响，需要挡水片15来平稳水的扰动，稳定水位。而设置多片挡水片15的控制水位效果更好，可根据实验需要进行灵活拆装。更进一步，挡水片15上设有竖直方向的条形通孔16，条形通孔 16之间可阻挡水的扰动，条形通孔16内通过流水，这样的设置具有较好平复水流扰动的效果。

根据一些较佳的实施例，摄像系统13包括位于透明侧壁10的外侧的第一摄像装置17；还包括位于水槽2上方、且位于滑坡坝模型6与水槽2连接于排污槽 3的连接端之间的第二摄像装置18。这样，实验过程中实验者可以从滑坡坝模型 6的侧面，准确观测流水对滑坡坝模型6的侧面、溢洪道模型11的侧面的冲刷变化过程，以及自滑坡坝模型6下游方向观测滑坡坝模型6和溢洪道模型11的变化过程。更进一步，摄像系统13还包括位于滑坡坝模型6上方的第三摄像装置 19。第三摄像装置19可以让实验者在俯视的角度观测到滑坡坝模型6的坝面和溢洪道模型11顶面在实验过程中的变化细节，并获取到变化细节对应的准确时间。多个角度的实时持续摄像观测可获取能够反复回放的摄像资料，这些摄像资料对于准确掌握滑坡坝模型6各个方向上的溃坝细节，研究掌握不同因素如河床角度、上游水位高度、水流速度等因素对滑坡坝模型6溃坝的影响，最终得到有关溢洪道模型11的高宽比，以模拟理论指导现实溢洪道的开设具有重要意义。

根据一些较佳的实施例，透明侧壁10上设有特定尺寸的观察网格。进一步，在透明侧壁上滑坡坝模型6处设有10CM*10CM的观察网格，以持续观测研究水流对滑坡坝模型6的冲刷导致的滑坡坝模型6和溢洪道11的侧面尺寸移动和变化，这些尺寸的变化和变化速度等因素对于研究溃坝的发展是具有重要参考价值的。该观察网格的大小尺寸可根据具体实验所需灵活调整。

根据一些较佳的实施例，排污槽3下设有第三支架20。第三支架20的设置可以防止在无人的值守时，滑坡坝模型6溃坝后大量泥沙影响排污槽3的倾斜角度，将水排出废水箱7外的情况发生。

根据一些较佳的实施例，储水箱1底部，设有可调节开关的与第一水管12 相连的第二水管21。第二水管21的开关闭合，可让储水箱1储水，第二水管21 的开关打开，可让储水箱1内的水顺着第二水管21排入第一水管12内，方便实验人员清理储水箱1。

在具体实施中，因实验装置具有一定高度，可在实验装置旁设置方便操作人员踩踏的操作台，利于操作人员操作和观测。

该实验装置的实验具体步骤如下：

(1)根据实验需要，设计出溢流横截面积相同，高宽比不同的溢洪道模型 11尺寸；

(2)在水槽2的透明侧壁10上，根据具体实验设计，在观察网格中勾画处滑坡坝模型6的侧面轮廓；

(3)操作人员使用模拟滑坡坝的构筑材料向水槽2内逐层构筑滑坡坝模型6，每完成一层后进行压实工作，使其达到实验规定密度，且滑坡坝模型6的侧面符合第2步中勾画出的侧面轮廓，在实验过程中，滑坡坝模型6的透明侧壁10对侧的顶部可略高于设计的侧面轮廓的高度，以防水面波动导致水在水槽2内流过时从透明侧壁10侧的对侧流过。

(4)滑坡坝模型6经过人工构筑并校正后，在其顶部靠近水槽2的透明侧壁10一侧开挖溢洪道模型11，以模拟溢洪道；

(5)在滑坡坝模型6的透明侧壁10一侧安装第一摄像装置17、在滑坡坝模型6的下游第二摄像装置18、滑坡坝模型6竖直的上方安装第三摄像装置19；

(6)关闭储水箱1的三角堰模型和第二水管21的开关，放入挡水片15，并在废水箱7中装入水；

(7)依次打开第一摄像装置17、第二摄像装置18、第三摄像装置19，并打开抽水泵8，调整抽水泵8的流量，在储水箱1中蓄水；

(8)开启三角堰模型，向水槽2内放水，当水沿着溢洪道模型11溢出时，滑坡坝模型6逐渐开始崩溃，摄像系统13记录至剩余滑坡坝模型6不再变化，流出的水流相当稳定时，结束一次实验，关闭第一摄像装置17、第二摄像装置 18、第三摄像装置19；

(9)关闭抽水泵8，打开第二水管21的开关，清理水槽2、排污槽3和废水箱7的水和废渣；

重复以上步骤进行下一组模拟堰塞湖滑坡坝溃坝实验。

以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种模拟堰塞湖滑坡坝溃决过程的实验装置，其特征在于：其包括依次相连的储水箱(1)、水槽(2)和排污槽(3)，所述储水箱(1)下方设有第一支架(4)；所述水槽(2)与所述储水箱(1)连接端的高度高于与所述排污槽(3)连接端的高度；所述水槽(2)的下方、在所述水槽(2)与所述排污槽(3)连接的方向设有可调高度的第二支架(5)；

该实验装置还包括位于所述水槽(2)内设有模拟滑坡坝的滑坡坝模型(6)、位于所述排污槽(3)下方的废水箱(7)、设置在所述储水箱(1)下方为所述储水箱(1)输送水的可调节送水量的抽水泵(8)以及连接所述废水箱(7)的和所述抽水泵(8)的第一水管(12)，所述储水箱(1)与所述水槽(2)连接处活动设有可启闭的储水闸门(9)，所述储水箱(1)内的水可自所述储水闸门(9)，经过所述水槽(2)和所述排污槽(3)流入所述废水箱(7)，再通过所述第一水管(12)输送至所述储水箱(1)下方，被所述抽水泵(8)抽回所述储水箱(1)；所述滑坡坝模型(6)的两侧与所述水槽(2)的两侧壁相接触，所述水槽(2)的一侧侧壁为透明侧壁(10)；所述滑坡坝模型(6)上方坝面在所述透明侧壁(10)处挖设模拟溢洪道的溢洪道模型(11)；

该实验装置还包括摄像系统(13)，其位置设于可拍摄所述滑坡坝模型(6)处。

2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述储水闸门(9)为模拟三角堰的三角堰模型。

3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于：所述储水箱(1)内活动设有若干挡水片(15)。

4.根据权利要求3所述的实验装置，其特征在于：所述挡水片(15)上设有竖直方向的条形通孔(16)。

5.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述摄像系统(13)包括位于所述透明侧壁(10)外侧的第一摄像装置(17)；还包括位于所述水槽(2)上方、且位于滑坡坝模型(6)与所述水槽(2)连接于所述排污槽(3)的连接端之间的第二摄像装置(18)。

6.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述摄像系统(13)还包括位于所述滑坡坝模型(6)上方的第三摄像装置(19)。

7.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述透明侧壁(10)上设有具有特定尺寸的观察网格。

8.根据权利要求7所述的实验装置，其特征在于：所述具有特定尺寸的观察网格包括10CM*10CM的观察网格。

9.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述排污槽(3)下设有第三支架(20)。

10.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于：所述储水箱(1)底部设有可调节开关的且与所述第一水管(12)相连的第二水管(21)。

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