本發(fā)明涉及地質(zhì)災(zāi)害和環(huán)境水利，尤其涉及一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、高位滑坡冰磧壩是指高山-極高山區(qū)冰巖體失穩(wěn)啟滑后，高速流動入江堵塞河道形成的天然壩體，其材料多樣、結(jié)構(gòu)松散、滲透性強、穩(wěn)定性差、潰決速度快。在我國青藏高原高山峽谷地區(qū)，強烈的地質(zhì)構(gòu)造活動和極端氣候?qū)е卤鶐r崩災(zāi)害頻發(fā)，形成高位滑坡-碎屑流-冰磧壩-潰決山洪等冰雪型復(fù)合鏈?zhǔn)綖?zāi)害。大規(guī)模高位滑坡體積可達上億立方米，堵江形成上百米高的冰磧壩，壩體主要由松散的土-石-冰混合物構(gòu)成，穩(wěn)定性差，與常見滑坡堰塞壩物質(zhì)組成及其空間結(jié)構(gòu)差異性大。隨回水庫容的增加，冰磧壩逐漸滲流侵蝕或溢頂沖蝕而潰決破壞，形成突發(fā)性洪水，嚴(yán)重危害到下游生態(tài)環(huán)境和人員安全，給工程建設(shè)及人民經(jīng)濟財產(chǎn)造成巨大損失。

2、目前，國內(nèi)外學(xué)者研究主要集中在堰塞壩潰壩模式、過程、機理、洪水演進等方面。由于現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取難度大，模型實驗成為再現(xiàn)滑坡運動及堵江潰決的重要手段。然而，目前的模型試驗未考慮冰屑成分及其相變過程對壩體力學(xué)性能演化影響，未考慮河谷形態(tài)及水流條件等因素對成壩潰壩影響，且無法直觀表征壩體內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)變化，無法觀測冰巖土體間互饋作用過程，無法對壩體滲流變形中巖土體運移及破裂面擴展全過程數(shù)字化和可視化監(jiān)測。

3、伴隨著工業(yè)ct的發(fā)展，高位滑坡冰磧壩形成與潰決演化全過程數(shù)字化和可視化表征成為可能，為冰磧壩形成與潰決機理、安全評價、險情分析與災(zāi)害防治體系建立提供技術(shù)支撐。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的實施例提供了模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)高位滑坡冰磧壩形成與潰決演化全過程數(shù)字化和可視化。

2、為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，包括三維掃描系統(tǒng)、滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)；三維掃描系統(tǒng)，用于對高位滑坡運動造成冰巖滑體堵塞河道形成高位滑坡冰磧壩與高位滑坡冰磧壩潰壩全過程的三維掃描重建，獲取高位滑坡冰磧壩內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化數(shù)據(jù)；滑坡試驗系統(tǒng)，用于模擬強震條件下，高位滑坡運動造成冰巖滑體堵塞河道形成高位滑坡冰磧壩的全過程；流域模擬系統(tǒng)，具有河道，用于模擬冰巖滑體堵塞河道形成高位滑坡冰磧壩后，高位滑坡冰磧壩滲透變形、潰口演變及潰壩洪水演進災(zāi)害鏈的全過程；供水系統(tǒng)，用于向河道供水；數(shù)控系統(tǒng)，用于接收處理三維掃描系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)高位滑坡冰磧壩形成與潰壩全過程的三維數(shù)字化重構(gòu)。

3、可選地，三維掃描系統(tǒng)包括x射線源、探測器、轉(zhuǎn)臺豎直機架和攝像機，豎直機架滑動連接于轉(zhuǎn)臺上方，且豎直機架能夠沿滑坡試驗系統(tǒng)和流域模擬系統(tǒng)的周向移動；x射線源和探測器相對地設(shè)于豎直機架上且能夠沿豎直機架的高度方向移動；其中，滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)均位于x射線源和探測器之間；攝像機安裝于x射線源上方。

4、可選地，轉(zhuǎn)臺上方設(shè)有環(huán)形滑軌，滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)均位于環(huán)形滑軌內(nèi)側(cè)，豎直機架包括兩個相間隔設(shè)置的滑桿和連接于兩個滑桿之間橫桿，其中，各滑桿遠離橫桿的一端滑動安裝于環(huán)形滑軌上。

5、可選地，滑坡試驗系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器、冰巖滑體和滑槽，滑槽傾斜設(shè)置于河道的上方，其中，滑槽上端設(shè)置有冰巖滑體，滑槽下端與河道連通，壓力調(diào)節(jié)器用于對冰巖滑體施加壓力，以使冰巖滑體沿滑槽下滑。

6、可選地，滑槽與河道采用航空用特種高性能玻璃纖維材料制成。

7、可選地，流域模擬系統(tǒng)包括河道、地震動監(jiān)測儀和試驗平臺，河道設(shè)置于試驗平臺上方，地震動監(jiān)測儀安裝在試驗平臺上。

8、可選地，流域模擬系統(tǒng)還包括滾排、升降臺和升降電機，滾排設(shè)置于試驗平臺下方，升降臺設(shè)置于滾排下方，升降電機安裝于升降臺，用于驅(qū)動升降臺進行升降運動。

9、可選地，供水系統(tǒng)包括水箱和水泵，水箱、水泵和河道通過水流管道依次連接。

10、可選地，供水系統(tǒng)還包括控制器、過濾器和疏水器，河道具有出水口和進水口，出水口、控制器、水箱、過濾器、疏水器、水泵和進水口通過水流管道依次連接。

11、根據(jù)本申請的另一個方面，提供了一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗方法，采用上述所述的試驗系統(tǒng)，所述試驗方法包括：

12、s1.確定試驗參數(shù)；

13、s2.制備冰巖滑體；

14、s3.啟動供水系統(tǒng)，向流域模擬系統(tǒng)的河道內(nèi)注水使水位抬升到預(yù)設(shè)高度；

15、s4.將冰巖滑體安裝在滑坡試驗系統(tǒng)的預(yù)設(shè)位置；

16、s5.啟動三維掃描系統(tǒng)，對冰巖滑體初始狀態(tài)進行掃描；

17、s6.啟動滑坡試驗系統(tǒng)，使冰巖滑體受壓達到預(yù)設(shè)應(yīng)力狀態(tài)，進入河道形成高位滑坡冰磧壩；

18、s7.三維掃描系統(tǒng)持續(xù)掃描，實時獲取高位滑坡冰磧壩形成及內(nèi)部變化數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)控系統(tǒng)；

19、s8.調(diào)整試驗參數(shù)，重復(fù)s1-s7，開展多組試驗；

20、s9.數(shù)控系統(tǒng)對三維掃描系統(tǒng)的掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲取三維體數(shù)據(jù)并對三維體數(shù)據(jù)進行處理分析，實現(xiàn)不同試驗參數(shù)下高位滑坡冰磧壩形成與高位滑坡冰磧壩潰壩的數(shù)字化與可視化。

21、由上述本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，通過滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)和供水系統(tǒng)模擬高位滑坡冰磧壩堆積形成、滲透變形、潰口演變及潰壩洪水演進災(zāi)害鏈全過程，通過三維掃描系統(tǒng)獲取高位滑坡冰磧壩形成及潰壩的高清圖像及數(shù)據(jù)，進而通過數(shù)控系統(tǒng)對土-石-冰混合物堆積成壩和滲流潰壩過程進行三維重構(gòu)，有助于分析壩體內(nèi)部粒度分布及分形結(jié)構(gòu)特征，反應(yīng)冰巖滑體入江淤積運動方式及各顆粒物質(zhì)摩擦、碰撞等相互作用規(guī)律，探究物質(zhì)不均勻性及冰體相變過程對壩體內(nèi)部孔隙、裂縫空間變異影響機制，揭示高位滑坡冰磧壩潰口發(fā)展演變規(guī)律及動力機制，實現(xiàn)成壩潰壩級聯(lián)災(zāi)害的全三維動態(tài)可視化和數(shù)字化表征。

22、本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，這些將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，包括三維掃描系統(tǒng)、滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述三維掃描系統(tǒng)包括x射線源、探測器、轉(zhuǎn)臺、豎直機架和攝像機，所述豎直機架滑動連接于所述轉(zhuǎn)臺上方，且所述豎直機架能夠沿所述滑坡試驗系統(tǒng)和所述流域模擬系統(tǒng)的周向移動；所述x射線源和所述探測器相對地設(shè)于所述豎直機架上且能夠沿所述豎直機架的高度方向移動；其中，所述滑坡試驗系統(tǒng)、所述流域模擬系統(tǒng)均位于所述x射線源和所述探測器之間；所述攝像機安裝于所述x射線源上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)臺上方設(shè)有環(huán)形滑軌，所述滑坡試驗系統(tǒng)、所述流域模擬系統(tǒng)均位于所述環(huán)形滑軌內(nèi)側(cè)，所述豎直機架包括兩個相間隔設(shè)置的滑桿和連接于兩個所述滑桿之間橫桿，其中，各所述滑桿遠離所述橫桿的一端滑動安裝于所述環(huán)形滑軌上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述滑坡試驗系統(tǒng)包括壓力調(diào)節(jié)器、所述冰巖滑體和滑槽，所述滑槽傾斜設(shè)置于所述河道的上方，其中，所述滑槽上端設(shè)置有所述冰巖滑體，所述滑槽下端與所述河道連通，所述壓力調(diào)節(jié)器用于對所述冰巖滑體施加壓力，以使所述冰巖滑體沿所述滑槽下滑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述滑槽與所述河道采用航空用特種高性能玻璃纖維材料制成。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述流域模擬系統(tǒng)包括所述河道、地震動監(jiān)測儀和試驗平臺，所述河道設(shè)置于所述試驗平臺上方，所述地震動監(jiān)測儀安裝在所述試驗平臺上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述流域模擬系統(tǒng)還包括滾排、升降臺和升降電機，所述滾排設(shè)置于所述試驗平臺下方，所述升降臺設(shè)置于所述滾排下方，所述升降電機安裝于所述升降臺，用于驅(qū)動所述升降臺進行升降運動。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述供水系統(tǒng)包括水箱和水泵，所述水箱、所述水泵和所述河道通過水流管道依次連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，其特征在于，所述供水系統(tǒng)還包括控制器、過濾器和疏水器，所述河道具有出水口和進水口，所述出水口、所述控制器、所述水箱、所述過濾器、所述疏水器、所述水泵和所述進水口通過所述水流管道依次連接。

10.一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗方法，采用如權(quán)利要求1至9任一項所述的試驗系統(tǒng)，所述試驗方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明實施例提供了一種模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)及方法，其中，模擬高位滑坡冰磧壩堵江與潰決動態(tài)災(zāi)變試驗系統(tǒng)，包括三維掃描系統(tǒng)、滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)、供水系統(tǒng)以及數(shù)控系統(tǒng)；通過滑坡試驗系統(tǒng)、流域模擬系統(tǒng)和供水系統(tǒng)模擬高位滑坡冰磧壩堆積形成、滲透變形、潰口演變及潰壩洪水演進災(zāi)害鏈全過程，通過三維掃描系統(tǒng)獲取高位滑坡冰磧壩形成及潰壩的高清圖像及數(shù)據(jù)，進而通過數(shù)控系統(tǒng)對土?石?冰混合物堆積成壩和滲流潰壩過程進行三維重構(gòu)，揭示高位滑坡冰磧壩潰口發(fā)展演變規(guī)律及動力機制，實現(xiàn)成壩潰壩級聯(lián)災(zāi)害的全三維動態(tài)可視化和數(shù)字化表征。

技術(shù)研發(fā)人員：高少華,李濱,高楊,王文沛,萬佳威,李軍,高浩源,李浩文,張平平,黃細(xì)超
受保護的技術(shù)使用者：中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10