JP7029831B2

JP7029831B2 - 地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置および方法

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Publication number: JP7029831B2
Application number: JP2020544951A
Authority: JP
Inventors: 廷凱年; 昊呉; 維趙; 東陽李; ▲とく▼鳳鄭
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2040-02-28
Also published as: CN111044256A; CN111044256B; WO2021128575A1; JP2022511582A

Description

本発明は岩土工事および工事地質の技術分野に属し、特に地すべりで滑り落ちた土砂による河道閉塞の進化全過程の物理実験シミュレーションの研究分野に関し、現在、地すべり動力条件と水動力条件を同時にシミュレーションできるものが欠乏しており、かつ、実験データの収集が困難であることに対して、地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置および方法を提起している。

山間部の川沿いの両岸の大型斜面体や高い斜面は、地震、豪雨などの災害負荷の下で破壊とアンバランスが起こりやすく、地すべり塊は一定の速度や高速で渓谷方向に運動し、運動中に各種抵抗によって動力が絶えず減少し、最後に河床の中のある位置に止まったり、対岸に達して山体と衝突して崩壊や分解したりして、地すべりで滑り落ちた土砂による河道閉塞を引起すとともに堰塞ダムを形成する。堰塞ダムは寿命が極めて短く、一連の二次地質災害を誘発し、地域的な大型地質災害連鎖を引き起こすことが多く、その形成と崩壊は大量の人員死傷と財産損失を引き起こし、川沿いの大型水利工事、水力発電施設、交通水上運輸、道路鉄道などの工事の分野の建設と運営に大きな危害をもたらす。

中国西南地区は、強い地震活動帯にあり、山が縦横し、水系が密集し、川の侵食作用が強く、河床と両側の山体との段差が顕著で、各種類の環境負荷の下で、地すべり堰塞ダムを非常に形成しやすい。西部大開発戦略の実施に伴い、各種の大型インフラ（例えば、南水北調西線、「三江地区」水電開発、西電東送、西気東送、川蔵鉄道と西部地区高速道路網など）が建設済み、建設中、あるいは国家発展企画に入れられ、この地区は更に深刻な大型地すべり堰塞ダムの災害の問題に直面する。

災害による損失をできるだけ小さくするためには、地すべりで滑り落ちた土砂による河道閉塞の形成および進化全過程について系統的な研究を展開する必要がある。中国の実用新案特許明細書ＣＮ２０６５９４１３８Ｕには、地すべりダムの形態的特徴を研究するシミュレーション装置が開示されており、このモデル装置は異なる地すべり条件、例えば、地すべり速度、地すべり角度および地すべり塊の幾何特徴、地すべり堰塞ダムの形態的特徴への影響をシミュレーションすることができる。

上記開示された特許では、地すべり動力条件に対するシミュレーションが実現されているが、地すべりで滑り落ちた土砂による河道閉塞の過程は重要な水力学条件に関することが多く、現在開示された特許について、地すべり動力条件と水動力条件を同時にシミュレーションすることができる実験装置がない。このため、実験室の環境で地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖の形成という進化全過程に対するシミュレーションを実現できる新しい実験装置と実験方法が求められている。

現在、地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置および方法が欠乏していることに対して、本発明が解决しようとする技術課題は、異なる地すべり動力学条件と水動力学条件をシミュレーションすることができる実験装置を提起すると同時に、当該実験装置が効率的な非接触型測定システムを含むことである。

上記の目的を実現するために、本発明は以下の技術的手段を用いる。

地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置であって、該装置は、１セットの地すべり動力条件シミュレーションシステム、１セットの水動力条件シミュレーションシステムおよび１セットの非接触型測定システムを含む。

前記地すべり動力条件シミュレーションシステムは、ジャッキ７、地すべり槽８、貯蔵箱９、地すべり槽阻止板１０、クレーンビーム１１および昇降モータ１２を含む。前記の地すべり槽８は有機ガラス材料で作製され、「Ｕ」型槽構造に類似し、地すべりの摺動経路をシミュレーションするために用いられ、地すべり槽８の水平面に対する傾斜角度は、０～９０°の任意の角度の調整が実現できる。前記ジャッキ７、クレーンビーム１１および昇降モータ１２は、地すべり槽８の傾斜角度を固定し調整するために用いられ、具体的には、前記の地すべり槽８はジャッキ７と昇降モータ１２によってそれぞれ前後の両端が固定される；ジャッキ７の標高を調整することで、地すべり槽８の前段を水槽２に位置合わせる。昇降モータ１２の吊り紐および昇降モータ１２のクレーンビーム１１のトラックレールでの位置を調整することで、地すべり槽８が水平面に対して０～９０°の任意の傾斜角度を有するようにし、地すべりの経路の傾斜角をシミュレーションするという目的に達する。前記貯蔵箱９は予め地すべり塊材料を置くことに用いられ、地すべり槽８の任意の位置に置かれ、地すべりの幅と地すべりの経路の長さに基づいて異なる規格の貯蔵箱９を交換する。前記の地すべり槽阻止板１０は、有機ガラス材料で作製され、「Ｌ」型構造であり、地すべり槽８の長辺方向に平行に置かれるとともに地すべり槽８の底面に固定され、地すべり槽８の一側面とともに地すべりの経路の幅を構成し、即ち、地すべり槽阻止板１０と地すべり槽８の一側面とともに地すべり塊材料の運動幅を規制することによって、地すべりの幅をシミュレーションするという目的に達する。前記の地すべり槽阻止板１０は実験の要求に応じて、地すべり槽８の短辺方向での位置を調整することによって、地すべりの幅を調整するという目的に達するとともに、「Ｌ」型構造の設計により地すべり槽阻止板１０が地すべり塊の摺動過程でずれないように確保し、地すべりの幅の安定性を確保する。

前記水動力条件シミュレーションシステムは給水塔１、水槽２、管路遠心水ポンプ３、貯水タンク４および固定ホルダ６を含む。前記管路遠心水ポンプ３は管路遠心ポンプを選択し、管路遠心水ポンプ３の給水管は貯水タンク４と接続され、出水管は給水塔１と接続される。前記固定ホルダ６は、上方プラットフォーム６－１、複数のねじ棒６－２、ナット６－３および底部プラットフォーム６－４を含み、ねじ棒６－２の底部は底部プラットフォーム６－４に固着され、プラットフォーム６－１はねじ棒６－２に置かれるとともにナット６－３により固定され、ナット６－３を回転することでプラットフォーム６－１の傾斜角度を調整し、上方プラットフォーム６－１と底部プラットフォーム６－４との間の距離を調整してもよく、ここで、底部プラットフォーム６－４は４本の角パイプで溶接されてなる。前記の給水塔１の一側面の底部に出水口１－２が設けられ、出水口１－２の上方に、水流量を調節するための出水口バッフル１－１が設けられ、出水口１－２は水槽２と連通する；給水塔１の他側面に垂直方向の開口構造が設けられ、開口構造のエッジに固定クリップ１－５が取り付けられ、固定クリップ１－５、長尺状の給水塔槽バッフル１－３には均等間隔にねじ孔１－４が設けられ、給水塔槽バッフル１－３は固定クリップ１－５の底部から挿入され、ねじ挿入位置を制御して給水塔槽バッフル１－３の位置を調節し、さらに貯水タンク４の左側領域を放水する。前記給水塔１と水槽２は固定ホルダ６のプラットフォーム６－１の左側に置かれ、固定ホルダ６の底部プラットフォーム６－４は貯水タンク４内に置かれる。貯水タンク４内に、貯水タンク４を左右の両部分に分けるとともに、使用過程で貯水タンク４の左右両部分の水流が連通しない貯水タンク仕切り板１６が設けられる。前記の水流量と流速は給水塔１上の出水口１－２の大きさと給水塔１の棒状槽の給水塔槽バッフル１－３の高さを設置することで調節される。前記の水槽２の傾斜角度はプラットフォーム６－１の傾斜角度で調整され、地すべり動力条件シミュレーションシステムは水槽２側に置かれる。管路遠心水ポンプ３は貯水タンク４から水を汲んで給水塔１に搬送し、給水塔槽バッフル１－３には一定の水止め高さが設定されているため、余分な水が給水塔１から溢れて貯水タンク４に流入すると、一定の水頭を形成し、出水口１－２から流出する水の水流量と流速を安定させるように確保する。前記の水槽２の右側先端の下方にバスケット５が設けられ、バスケット５の表面に複数のホールが設けられ、最大のホールのサイズは地すべり塊材料の最小直径よりも小さく、水流に流され持ち去れたすべての地すべり塊材料を収集することができるように確保する；前記のバスケット５の上方は引張センサ１４と接続され、引張センサ１４のデータを分析することで、堰塞ダムのダム崩壊過程での土砂遷移質量の時間的変化曲線を取得する。前記の貯水タンク４は貯水タンク仕切り板１６に分割された右側領域の底部に水位センサ１５が置かれ、実験過程での水位変化を記録して、さらに堰塞ダムのダム崩壊過程で生じる洪水流量特徴を取得する。

前記非接触型測定システムはコンピュータと５台のスポーツカメラ１３からなり、スポーツカメラ１３は全てコンピュータと接続される。スポーツカメラ１３により実験過程の二次元画像を収集し、無線データを介してコンピュータに伝送される。前記の５台スポーツカメラ１３は、１台のスポーツカメラ１３が地すべり槽８を平行に撮像するために用いられ、取得した図像データが粒子画像流速測定法（ＰＩＶアルゴリズム）に基づいて地すべり塊の速度場を測定し、別の４台のスポーツカメラ１３により地すべり塊が水槽２に入る領域を垂直に撮像し、それぞれのカメラの撮像した画面のオーバーラップ度は６０％を超える必要があり、それぞれのカメラの同一時刻の二次元画像を抽出するとともに、運動からの構造復元アルゴリズム（ＳｆＭアルゴリズム）に基づいて、この時刻で水槽２に入る地すべり塊の三次元形態を復元するように配置される。複数の時刻での地すべり塊の三次元形態の比較により、分析して水流による流し侵食作用の下で地すべり堰塞ダムの形態特徴の時間とともに変化する特徴を取得する。前記のＰＩＶアルゴリズムとＳｆＭアルゴリズムは成熟したコンピュータ視覚技術アルゴリズムであり、ここで初めてそれを非接触型測定手段として地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化の研究に適用する。

地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験方法は以下のステップを含み、
第１ステップであって、実験方案におけるシミュレーションする必要がある地すべりの幅に基づいて地すべり槽阻止板１０の位置を調整し、シミュレーションする必要がある地すべりの経路の長さと地すべりの体積に基づいて、対応する型番の貯蔵箱９を選択するとともに、それを地すべり槽８上における対応する位置に固定する。実験方案に基づいて対応する地すべり塊材料を選択し、異なる地すべり塊の性質をシミュレーションする。上記の操作を完成した後で、選択した地すべり塊材料を貯蔵箱９に入れる。

第２ステップであって、水槽２に必要な角度に基づいて固定ホルダ６の傾斜角度を調整し、河道の傾斜角をシミュレーションする。地すべり槽８の前段を水槽２に完全に重ね合わせるようにジャッキ７の高さを調整する。地すべり槽８が実験に必要な傾斜角度を有するように、昇降モータ１２を調整し、地すべりの経路の傾斜角度をシミュレーションする。

第３ステップであって、必要な開口量まで出水口バッフル１－１を開ける。その後、貯水タンク仕切り板１６の左側を水で満たし、管路遠心水ポンプ３の水源供給とする。続いて、給水塔槽バッフル１－３を必要な高さに調整する。

第４ステップであって、バスケット５、スポーツカメラ１３、引張センサ１４および水位センサ１５を配置する。

第５ステップであって、管路遠心水ポンプ３をオンにし、給水塔１における水位が給水塔槽バッフル１－３の設定高さまで上昇して水が溢れると、出水口１－２から流出した水流は水槽２で実験時に必要な一定の水流流量を形成し、河道の一定の水流量をシミュレーションする；その後、貯蔵箱９を開けて地すべり塊材料を開放し、地すべりの運動過程をシミュレーションする；最後に、地すべり塊材料が水槽２に入り、地すべり堰塞ダムを形成している。実験が進むにつれて、形成された地すべり堰塞ダムがダム崩壊を発生しさらにダム崩壊洪水を引起すことが観察できる。

第６ステップであって、実験データを分析し、河道閉塞の時間、ダム崩壊の洪水流量、ダム崩壊過程の土砂質量遷移の特徴と地すべり堰塞ダムの幾何形態の変化の特徴を取得する。

６.１）地すべり槽８を平行に撮像するスポーツカメラ１３のデータから、地すべりの速度変位の特徴を取得する。

６.２）水位センサ１５に基づいて分析して貯水タンク４における水位の上昇停止と水位の上昇回復の時刻を取得することによって、地すべり塊が水槽２を閉塞する時間を取得し、この時間は、河道閉塞の時間である。続いて、貯水タンク４における水位上昇の回復の時刻から水槽２における地すべり塊が流され終わるまでの時刻の区間に、水位センサ１５に記録される貯水タンク４における水位上昇の時間に伴う関係を分析することによって、ダム崩壊洪水の流量を取得する。この時間の区間内に、引張センサ１４は、バスケット５に收集されたダム崩壊の物質質量の時間に伴う変化関係であるダム崩壊過程の土砂質量遷移の特徴を記録する。最後に、異なる時刻で水槽２を監視する４台のスポーツカメラ１３の同一フレームの画面を抽出し、異なる時刻で、水槽２における地すべり塊材料の幾何特徴を取得し、異なる時刻でのこの種類の材料の堆積高さ、長さを比較し、地すべり堰塞ダムの幾何形態の変化の特徴を取得する。

第７ステップであって、第３ステップで給水塔槽バッフル１－３の高さと出水口バッフル１－１の開口量を調整することによって、他の一定の水頭と一定の水流組合せを取得する。第４から第６ステップを繰返して、複数グループの実験シミュレーション工事を完成する。

本発明の動作原理（革新点）は、先ず、地すべり槽阻止板１０の地すべり槽８での位置を変更することによって複数種類の地すべりの幅をシミュレーションする；貯蔵箱９内の材料を変更することによって複数種類の地すべり塊のタイプをシミュレーションする；貯蔵箱９の大きさおよび地すべり槽８での位置を変更することによって、複数種類の摺動経路の距離と地すべり塊の体積量をシミュレーションする；クレーンビーム１１および昇降モータ１２を調整することによって、地すべり槽８の角度の変化を実現し、複数種類の地すべりの経路の傾斜角をシミュレーションする。次に、給水塔槽バッフル１－３の高さを変更することによって、給水塔１内の複数種類の一定の水頭を実現する；給水塔槽バッフル１－３の高さと出水口バッフル１－１の位置を調整することによって、複数種類の水流量と水流速度をシミュレーションする；水槽２で河道をシミュレーションするとともに、ねじ棒６－２を調整して、プラットフォーム６－１の複数種類の傾斜角を実現することによって、複数種類の河道の傾斜角をシミュレーションする。最後に、配置される５台のスポーツカメラ１３で、粒子画像流速測定法（ＰＩＶ）と運動からの構造復元アルゴリズム（ＳｆＭ）に基づいて実験過程での地すべり塊の速度場と堰塞ダム形成進化全過程の形態特徴を取得する。

本発明特許の有益な効果は下記の通りである。

（１）当該装置は、実験室環境内で地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化する全過程をシミュレーションすることを実現する；
（２）当該装置は、地すべり塊材料の性質、摺動経路の距離、摺動経路の幅、地すべりの経路の傾斜角度および地すべり速度などの複数種類の地すべり動力条件をシミュレーションすることができる；
（３）当該装置は水流量、水流速、河道の傾斜角および河床の性質等の複数項目の水動力条件をシミュレーションすることができる；
（４）当該実験装置に１セットの非接触型測定システムが配設され、単一の接触型点測定から全域の非接触型測定が実現でき、測定方法は精度が高くて便利である。

地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置の三次元模式図である。地すべり槽、貯蔵箱および地すべり槽阻止板の三次元模式図である。給水塔の三次元模式図である。固定ホルダの三次元模式図である。

以下、技術的手段と図面を組み合わせて本発明を実施するための形態を詳しく説明する。

図１に示すように、前記の地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置は１セットの地すべり動力条件シミュレーションシステム、１セットの水動力条件シミュレーションシステムおよび１セットの非接触型測定システムからなる。

前記の地すべり動力条件シミュレーションシステムはジャッキ７、地すべり槽８、貯蔵箱９、地すべり槽阻止板１０、クレーンビーム１１および昇降モータ１２からなる。前記地すべり槽８は長さ１２００ｍｍ、幅６００ｍｍ、高さ５００ｍｍであり、厚みの２０ｍｍの有機ガラス材料で作製されてなる。前記貯蔵箱９は厚みの１０ｍｍの有機ガラスで作製されてなり、貯蔵箱９は地すべり槽８での任意の位置に置かれてもよく、地すべりの幅と地すべりの経路の長さによって、異なる規格の貯蔵箱を交換することができる。前記地すべり槽阻止板１０は長さ１２００ｍｍ、高さ５００ｍｍであり、厚みの２０ｍｍの有機ガラス材料で作製されてなる。前記の地すべり槽８はジャッキ７と昇降モータ１２によってそれぞれ前後両端が固定される。ジャッキ７の標高を調整することによって、地すべり槽８の前段を水槽２に位置合わせる。昇降モータ１２の吊り紐および昇降モータ１２のクレーンビーム１１トラックレールでの位置を調整することで、地すべり槽８がある傾斜角度を有するようにし、地すべりの経路の傾斜角度をシミュレーションするという目的に達する。地すべり槽阻止板１０は地すべり槽８の任意の位置に固定されてもよいため、地すべり槽阻止板１０と地すべり槽８の一側面とともに地すべり塊材料の運動幅を規制することによって、地すべりの幅をシミュレーションするという目的に達する。貯蔵箱９は予め地すべり塊材料を置くことに用いられ、複数種類の型番サイズを具備し、地すべりの幅に基づいて対応する型番の貯蔵箱９を交換することができる。

前記の水動力条件シミュレーションシステムは、給水塔１、水槽２、水ポンプ３、貯水タンク４、バスケット５、固定ホルダ６および貯水タンク仕切り板１６からなる。前記給水塔１は高さ１６００ｍｍ、長さ５００ｍｍ、幅５００ｍｍである。前記給水塔１の一方側に１本の幅２００ｍｍの棒状槽が開設されている。前記水槽２は有機ガラス板で作製されてなり、水槽２は厚さ２０ｍｍ、長さ４６００ｍｍ、幅３００ｍｍ、高さ２００ｍｍである。前記貯水タンク４は長さ５０００ｍｍ、幅８００ｍｍ、高さ６００ｍｍである。前記の貯水タンク４は１枚の貯水タンク仕切り板１６を有する。貯水タンク仕切り板１６の左側は主に給水塔１に必要な水を貯留し、貯水タンク仕切り板１６の右側は主に水槽２の先端から流出した水を收集する。貯水タンク仕切り板１６の左右両側の水は互いに流通できない。前記の給水塔１は水槽２と接続されるとともに固定ホルダ６に固定され、上記の３つの部材は一緒に貯水タンク４内に置かれる。地すべり動力条件シミュレーションシステムは水槽２の一方側に置かれ、ここに地すべり槽８は水槽２の先端から１０００ｍｍ離れる。管路遠心水ポンプ３は貯水タンク４の外に置かれ、管路遠心水ポンプ３の給水管は貯水タンク４と接続され、管路遠心水ポンプ３の出水管は給水塔１と接続される。

前記の非接触型測定システムは５台の同一型番のスポーツカメラ１３と１台のノートパソコンからなる。スポーツカメラ１３は、１台のスポーツカメラ１３が地すべり槽８を平行に撮像し、４台のスポーツカメラ１３が地すべり塊の川に入る領域を垂直に撮像するように配置される。カメラの撮像した図像は無線ＬＡＮを介してコンピュータ端末に伝送される。地すべり槽８を平行に撮像した図像データはＰＩＶ技術により地すべり塊の速度場を測定する。地すべり塊の川に入る領域を垂直に撮像した図像データはＳｆＭアルゴリズムにより水流による流し侵食作用で時間とともに変化する堰塞ダム形態特徴を取得する。

図２に示すように、前記の地すべり槽８は有機ガラス材料で矩形断面槽に作製された。前記の地すべり槽阻止板１０は有機ガラス材料で「Ｌ」型構造に作製された。前記の地すべり槽阻止板１０は地すべり槽８の長辺方向に平行に置かれるとともに地すべり槽８に固定され、地すべり槽８の一側面とともに地すべりの経路の幅を構成し、即ち、地すべり槽阻止板１０と地すべり槽８の一側面とともに地すべり塊材料の運動幅を規制することによって、地すべりの幅をシミュレーションするという目的に達する。前記の地すべり槽阻止板１０は実験の必要に応じて、地すべり槽８の短辺方向での位置を調整することによって、地すべりの幅を調整するという目的に達するとともに、「Ｌ」型構造の設計により地すべり槽阻止板１０が地すべり塊の摺動過程でずれないように確保し、地すべりの幅の安定性を維持する。

図３に示すように、前記の給水塔１は出水口バッフル１－１、出水口１－２、給水塔槽バッフル１－３、ねじ孔１－４および固定クリップ１－５からなる。給水塔の一方側に１本の幅２００ｍｍの棒状槽が開設され、棒状槽に給水塔槽バッフル１－３、ねじ孔１－４および固定クリップ１－５が設けられる。給水塔槽バッフル１－３の高さを調整することによって、給水塔１における最大の貯水量を調整することができる。ねじ孔１－４と固定クリップ１－５は調整された給水塔槽バッフル１－３を固定するために用いられる。給水塔１の一方側に幅３００ｍｍと高さ１５０ｍの出水口１－２が開設されている。１枚の出水口バッフル１－１を設けることで出水口１－２の高さを調整することによって、出水の断面積を調整するという目的に達する。十分に大きな管路遠心水ポンプ３は貯水タンク４から水を汲んで給水塔１に搬送し、出水口バッフル１－１は一定の水止め高度が設けられるため、余分な水は給水塔１から溢れて貯水タンク４に流入すると、一定の水頭が形成され、出水口１－２から流出した水の水流量と流速の安定性を確保する。

図４に示すように、前記の固定ホルダ６はプラットフォーム６－１および６本の長さ１２００ｍｍ、直径２０ｍｍのねじ棒６－２からなる。プラットフォームの高さはねじ棒における６－３ナットを回転することで任意に調節可能である。したがって、必要に応じて、プラットフォームの傾斜角度を調整し、さらに、水槽２の傾斜角度を調整するという目的に達する。

また、図１に示すように、１台の引張センサ１４と１台の水位センサ１５をそれぞれ配置し実験過程のデータを収集する。引張センサ１４は水槽２の先端に置かれたバスケット５と接続される。バスケット５の最大のホールのサイズは地すべり塊の材料の最小直径よりも小さく、水流に流され持ち去れたすべての地すべり塊材料を収集することを確保する。引張センサ１４のデータを分析することで、堰塞ダムのダム崩壊過程での土砂遷移質量の時間的変化曲線を取得する。水位センサ１５は４－貯水槽の底部に置かれ、実験過程での水位変化を記録して、さらに堰塞ダムのダム崩壊過程で生じる洪水流量特徴を取得する。

上記の実験装置の実現に基づいて、地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験方法は以下のステップを含み、
第１ステップであって、実験方案におけるシミュレーションする必要がある地すべりの幅に基づいて地すべり槽阻止板１０の位置を調整し、シミュレーションする必要がある地すべりの経路の長さと地すべりの体積に基づいて、対応する型番の貯蔵箱９を選択するとともに、それを地すべり槽８上における対応する位置に固定する。実験方案に基づいて対応する地すべり塊材料を選択し、異なる地すべり塊の性質をシミュレーションする。上記の操作を完成した後で、選択した地すべり塊材料を貯蔵箱９に入れる。

第６ステップであって、実験データを分析し、河道閉塞の時間、ダム崩壊の洪水流量、ダム崩壊過程の土砂質量遷移の特徴および地すべり堰塞ダムの幾何形態の変化の特徴を取得する。先ず、地すべり槽８を監視するスポーツカメラ１３により地すべりの速度変位の特徴を取得する。続いて、水位センサ１５に基づいて分析して貯水タンク４における水位の上昇停止と水位の上昇回復の時刻を取得し、地すべり塊が水槽２を閉塞する時間を取得し、この時間は、河道閉塞の時間である。続いて、貯水タンク４における水位上昇の回復の時刻から水槽２における地すべり塊が流され終わるまでの時刻の区間に、水位センサ１５に記録される貯水タンク４における水位上昇の時間に伴う関係を分析することによって、ダム崩壊洪水の流量を取得する。この時間の区間内に、引張センサ１４は、バスケット５に收集されたダム崩壊の物質質量の時間に伴う変化関係であるダム崩壊過程の土砂質量遷移の特徴を記録する。最後に、異なる時刻で水槽２を監視する４台のスポーツカメラ１３の同一フレームの画面を抽出し、異なる時刻で、水槽２における地すべり塊材料の幾何特徴を取得し、異なる時刻でのこの種類の材料の堆積高さ、長さを比較し、地すべり堰塞ダムの幾何形態の変化の特徴を取得する。

上記の前記実施例は本発明の実施の形態を示すものだけであり、これによって本発明の特許の範囲を制限すると理解することはできず、当業者にとっては、本発明の発明思想から逸脱することなく、いくつかの変形や改良が可能であり、これらは本発明の保護の範囲に属することを指摘すべきである。

１給水塔；２水槽；３管路遠心水ポンプ；４貯水タンク；５バスケット；６固定ホルダ；７ジャッキ；８地すべり槽；９貯蔵箱；１０地すべり槽阻止板；１１クレーンビーム；１２昇降モータ；１３スポーツカメラ；１４引張センサ；１５水位センサ；１６貯水タンク仕切り板；１－１出水口バッフル；１－２出水口；１－３給水塔槽バッフル；１－４ねじ孔；１－５固定クリップ；６－１プラットフォーム；６－２ねじ棒；６－３ナット；６－４底部プラットフォーム；１０－１支持ロッド。

Claims

地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置であって、１セットの地すべり動力条件シミュレーションシステム、１セットの水動力条件シミュレーションシステムおよび１セットの非接触型測定システムを含み；
前記地すべり動力条件シミュレーションシステムはジャッキ（７）、地すべり槽（８）、貯蔵箱（９）、地すべり槽阻止板（１０）、クレーンビーム（１１）および昇降モータ（１２）を含み、
前記の地すべり槽（８）は「Ｕ」型槽構造に類似し、地すべりの摺動経路をシミュレーションするために用いられ；
前記ジャッキ（７）、クレーンビーム（１１）および昇降モータ（１２）は地すべり槽（８）の傾斜角度を固定し調整するために用いられ、具体的には、地すべり槽（８）の前端下部はジャッキ（７）と接続され、ジャッキ（７）の標高を調整することで、地すべり槽（８）の前段を水槽（２）に位置合わせ；
地すべり槽（８）の後端上部はクレーンビーム（１１）および昇降モータ（１２）と接続され、
昇降モータ（１２）の吊り紐および昇降モータ（１２）のクレーンビーム（１１）トラックレールでの位置を調整することで、地すべり槽（８）が水平面に対して０～９０°の任意の傾斜角度を実現可能にし、地すべりの経路の傾斜角をシミュレーションするという目的に達し；
前記貯蔵箱（９）は地すべり塊材料を置くために用いられ、地すべり槽（８）上の任意の位置に置かれ、地すべりの幅と地すべりの経路の長さに基づいて異なる規格の貯蔵箱（９）を交換し；
前記の地すべり槽阻止板（１０）は「Ｌ」型構造であり、地すべり槽（８）の長辺方向と平行に地すべり槽（８）の底面に固定され、地すべり槽（８）の一側面とともに地すべりの経路の幅を構成し、地すべり槽阻止板（１０）の地すべり槽（８）の底面での位置が調整可能であり；
前記水動力条件シミュレーションシステムは、給水塔（１）、水槽（２）、管路遠心水ポンプ（３）、貯水タンク（４）および固定ホルダ（６）を含み；
前記管路遠心水ポンプ（３）は給水管が貯水タンク（４）と接続され、出水管が給水塔（１）と接続され；
前記固定ホルダ（６）は、上方プラットフォーム（６－１）、複数のねじ棒（６－２）、ナット（６－３）および底部プラットフォーム（６－４）を含み、ねじ棒（６－２）の底部は底部プラットフォーム（６－４）に固着され、プラットフォーム（６－１）はねじ棒（６－２）に置かれるとともに（６－３）ナットにより固定され、ナット（６－３）を回転することによってプラットフォーム（６－１）の傾斜角度を調整し、底部プラットフォーム（６－４）は貯水タンク（４）内に置かれ、給水塔（１）と水槽（２）はプラットフォーム（６－１）の左側に置かれ、水槽（２）の傾斜角度はプラットフォーム（６－１）の傾斜角度で調整され、地すべり動力条件シミュレーションシステムは水槽（２）の一方側に置かれ；
前記の給水塔（１）の一側面の底部に出水口（１－２）が設けられ、出水口（１－２）の上方に水流量を調節するための出水口バッフル（１－１）が設けられ、出水口（１－２）は水槽（２）と連通し；給水塔（１）の他側面の垂直方向に位置が調整可能な給水塔槽バッフル（１－３）が設けられ；
前記の貯水タンク（４）内に、貯水タンク（４）を左右両部分に分けるとともに、使用過程で貯水タンク（４）の左右両部分の水流が連通しない貯水タンク仕切り板（１６）が設けられ；給水塔（１）における出水口（１－２）の大きさと給水塔槽バッフル（１－３）の位置を設置することで水流量と流速を調節し；
管路遠心水ポンプ（３）は貯水タンク（４）から水を給水塔（１）まで汲み上げ、水が出水口（１－２）から水槽（２）に流入し、余分な水は給水塔槽バッフル（１－３）の頂部から溢れて貯水タンク（４）に流入し、一定の水頭を形成し、出水口（１－２）から流出した水の水流量と流速が安定であり；
前記の水槽（２）の右側先端の下方にバスケット（５）が設けられ、バスケット（５）の表面に複数のホールが設けられ、最大のホールのサイズは地すべり塊材料の最小直径よりも小さく、水流に流されて持ち去れたすべての地すべり塊材料を収集するために用いられ；
前記のバスケット（５）の上方は引張センサ（１４）と接続され、引張センサ（１４）のデータを分析することで、堰塞ダムのダム崩壊過程での土砂遷移質量の時間的変化曲線を取得し；
前記の貯水タンク（４）は貯水タンク仕切り板（１６）に分割された右側区域の底部に水位センサ（１５）が置かれ、実験過程での水位変化を記録し、堰塞ダムのダム崩壊過程で生じる洪水流量特徴を取得し；
前記非接触型測定システムはコンピュータと５台のスポーツカメラ（１３）からなり、スポーツカメラ（１３）により実験過程での二次元図像を収集し、無線データを介してコンピュータに伝送され；
前記の５台スポーツカメラ（１３）は、１台のスポーツカメラ（１３）が地すべり槽（８）を平行に撮像するために用いられ、残りの４台のスポーツカメラ（１３）が、地すべり塊が水槽（２）に入る区域を垂直に撮像するために用いられ、それぞれのカメラにより撮像された画面オーバーラップ度が６０％を超えるように配置される地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置。
前記の地すべり槽（８）は有機ガラスであり、地すべり槽阻止板（１０）の材料は全て有機ガラスである
ことを特徴とする請求項１に記載の地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置。
前記の給水塔（１）の他側面に垂直方向の開口構造が設けられ、開口構造のエッジに固定クリップ（１－５）が取り付けられ、固定クリップ（１－５）、長尺状の給水塔槽バッフル（１－３）には均等に複数のねじ孔（１－４）が設けられ、給水塔槽バッフル（１－３）は固定クリップ（１－５）の底部から挿入され、ねじ挿入位置を制御して給水塔槽バッフル（１－３）の位置を調節する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験装置。
請求項１～３のいずれか一項に記載の実験装置に基づく、地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験方法であって、以下のステップを含み：
第１ステップであって、実験方案におけるシミュレーションする必要がある地すべりの幅に基づいて地すべり槽阻止板（１０）の位置を調整し；シミュレーションする必要がある地すべりの経路の長さと地すべりの体積に基づいて、対応する型番の貯蔵箱（９）を選択するとともに、それを地すべり槽（８）上における対応する位置に固定し；実験方案に基づいて対応する地すべり塊材料を選択し、異なる地すべり塊の性質をシミュレーションし；上記の操作を完成した後で、選択した地すべり塊材料を貯蔵箱（９）に入れるステップ；
第２ステップであって、水槽（２）に必要な角度に基づいて固定ホルダ（６）の傾斜角度を調整し、河道の傾斜角をシミュレーションし；地すべり槽（８）の前段を水槽（２）に完全に重ね合わせるようにジャッキ（７）の高さを調整し；地すべり槽（８）が実験に必要な傾斜角度を有するように、昇降モータ（１２）を調整し、地すべりの経路の傾斜角度をシミュレーションするステップ；
第３ステップであって、必要な開口量まで出水口バッフル（１－１）を開け；その後、貯水タンク仕切り板（１６）の左側を水で満たし、管路遠心水ポンプ（３）の水源供給とし；続いて、給水塔槽バッフル（１－３）を必要な高さに調整し；
第４ステップであって、バスケット（５）、スポーツカメラ（１３）、引張センサ（１４）および水位センサ（１５）を配置するステップ；
第５ステップであって、管路遠心水ポンプ（３）をオンにし、給水塔（１）における水位は給水塔槽バッフル（１－３）の設定高さまで上昇して水が溢れ、出水口（１－２）から流出した水流が水槽（２）で実験時に必要な一定の水流流量を形成し、河道の一定の水流量をシミュレーションし；その後、貯蔵箱（９）を開けて地すべり塊材料を開放し、地すべりの運動過程をシミュレーションし；最後に、地すべり塊材料が水槽（２）に入り、地すべり堰塞ダムを形成し；実験が進むにつれて、形成された地すべり堰塞ダムがダム崩壊を発生しさらにダム崩壊洪水を引起すことが観察できるステップ；
第６ステップであって、実験データを分析し、河道閉塞の時間、ダム崩壊の洪水流量、ダム崩壊過程での土砂質量遷移の特徴および地すべり堰塞ダムの幾何形態の変化の特徴をシミュレーションして取得し；
６.１）地すべり槽（８）を平行に撮像するスポーツカメラ（１３）のデータから、粒子画像流速測定法に基づいて地すべり塊の速度場を測定し、地すべりの速度変位の特徴を取得し；
６.２）水位センサ（１５）に基づいて分析し貯水タンク（４）における水位の上昇停止と水位の上昇回復の時刻を取得し、地すべり塊が水槽（２）を閉塞する時間を取得し、この時間は、河道閉塞の時間であり；続いて、貯水タンク（４）における水位上昇の回復の時刻から水槽（２）における地すべり塊が流され終わるまでの時刻の区間に、水位センサ（１５）に記録される貯水タンク（４）における水位上昇の時間に伴う関係を分析することによって、ダム崩壊洪水の流量を取得し；この時間の区間内に、引張センサ（１４）は、バスケット（５）に收集されたダム崩壊の物質質量の時間に伴う変化関係であるダム崩壊過程での土砂質量遷移の特徴を記録し；最後に、異なる時刻で水槽（２）を監視する４台のスポーツカメラ（１３）の同一時刻の二次元画像を抽出し、運動からの構造復元アルゴリズムに基づいて、この時刻に水槽（２）に入る地すべり塊の三次元形態を復元し、異なる時刻で、水槽（２）における地すべり塊材料の幾何特徴を取得し、異なる時刻での地すべり塊の三次元形態を比較することによって、分析して水流による流し侵食作用の下で地すべり堰塞ダムの幾何形態の時間とともに変化する特徴を取得するステップ；および、
第７ステップであって、第３ステップで給水塔槽バッフル（１－３）の高さと出水口バッフル（１－１）の開口量を調整することによって、他の一定の水頭と一定の水流組合せを取得し；第４から第６ステップを繰返して、複数グループの実験シミュレーション工事を完成するステップ
を含むことを特徴とする地すべり－堰塞ダム－ダム崩壊の洪水災害連鎖という進化過程シミュレーションの実験方法。