集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，包括儀器臺、供水系統(tǒng)、控制中心、管路及分水系統(tǒng)、接收線路、電磁流量計、導水管、雨滴模擬噴頭、雨量傳感器、物源槽、孔壓計、基質吸力探頭、土壤含水率探頭、流通槽、流速流量測試裝置、沖擊力測試裝置、堆積板、尾料槽、升降系統(tǒng)和數碼采集系統(tǒng)。本實用新型能夠把降雨和水流沖刷引發(fā)的兩類泥石流結合起來進行研究，并模擬真實的降雨過程；對于泥石流實驗過程中的關鍵參數能夠有效監(jiān)測，并進行泥石流啟動、運移和堆積全過程模擬。
【專利說明】
集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種關于泥石流的模擬試驗系統(tǒng)，具體涉及一種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]據統(tǒng)計資料表明，中國泥石流活動區(qū)域面積已達430萬km2，泥石流因其形成過程復雜、爆發(fā)突然、流速快，物質容量大、來勢兇猛、歷時短暫、破壞力強而成為山區(qū)經濟建設的一大災害。發(fā)生泥石流常常會沖毀公路鐵路等交通設施甚至村鎮(zhèn)等，造成巨大損失。但是泥石流往往發(fā)生在偏遠山區(qū)，其形成過程和流體結構比較復雜，暴發(fā)突然，成災迅速，難以觀測。當前泥石流起動機理研究的重要手段和核心內容之一是進行起動試驗。已有很多學者通過物理模擬試驗來模擬泥石流的形成，發(fā)生、運移和堆積等過程，并且取得了鼓舞人心的結果，為泥石流的形成及運動機理提出了良好的見解，推動了泥石流的研究進展。
[0003]目前就中國泥石流的模擬實驗來看，可以分為兩種類型:水流沖刷引發(fā)泥石流的實驗和降雨引發(fā)泥石流的實驗。對于第一種類型，大多數學者是采用室內物理實驗來進行研究，采用直斜式小型泥石流槽模擬河床，供水箱放水模擬降雨產生的徑流。比如王兆印和張新玉[發(fā)表于《泥沙研究》1989年第2期中的《水庫粘性淤積物泄空沖刷的模型試驗研究》]開展的試驗，在鋪滿卵石的陡槽上釋放不同濃度、不同流量的泥漿或清水，觀測卵石在泥漿流作用下的運動，研究泥石流的形成條件和運動規(guī)律。張麗萍和唐克麗[發(fā)表于《山地學報》1999年第i期中的《泥石流源地松散體起動人工降雨模擬及放水沖刷實驗》]以神府-東勝礦區(qū)人為泥石流及云南東川蔣家溝自然泥石流為研究對象，采用人工降雨及放水沖刷模擬實驗方法，分析了不同類型、不同地區(qū)泥石流源地松散體起動條件及泥石流過程。對于第二種類型，中國眾多專家學者開展了大量人工降雨誘發(fā)泥石流起動試驗，包括了室內泥石流起動模擬試驗和室外泥石流起動原型試驗，但是由于室外實驗不夠靈活，所以近年來許多學者以室內物理模擬試驗為主。比如，高冰等[發(fā)表于《巖石力學與工程學報》2011年第12期中的《泥石流啟動過程中水土作用機制的宏細觀分析》]利用自制小比例模型槽，結合可控降雨強度的降雨模擬器，進行人工降雨誘發(fā)泥石流的室內模型試驗，著重研究不同降雨強度對砂性泥石流啟動下滑過程的影響。通過試驗從細顆粒在雨水作用下的運動和流失方面提出了細顆粒是導致堆積土體內部力學變化以及從短暫的流土狀態(tài)轉化為泥石流的主要因素。胡明鑒等[發(fā)表于《巖石力學與工程學報》2003年第5期中的《蔣家溝流域暴雨滑坡泥石流共生關系試驗研究》]通過大型人工降雨滑坡泥石流試驗和小型模型試驗，對試驗現象進行觀測和含水量監(jiān)測，研究暴雨條件下發(fā)生的坡面侵蝕、崩滑現象和由此引發(fā)滑坡，滑坡土體轉化成泥石流的全過程，揭示了蔣家溝流域特殊環(huán)境下的暴雨、滑坡、泥石流共生關系。
[0004]但是上述及現存的泥石流模擬實驗裝置存在一些問題:(I)對于降雨和水流沖刷引發(fā)的兩類泥石流，現存的泥石流實驗系統(tǒng)只能針對其中一類，不能把二者結合起來進行研究。(2)目前的人工降雨絕大多數的雨強是持續(xù)性、均勻性的方式，不能模擬真實的降雨過程。(3)對于和泥石流啟動、運移及堆積等一系列過程相關的因素，比如物質組成、顆粒級配、含水狀況、水源條件、物源槽、流通槽及堆積板的坡度、糙率等、雨量、雨強、降雨類型、降雨過程等，現存的實驗系統(tǒng)也只能針對部分因素。(4)目前的實驗系統(tǒng)對于泥石流實驗過程中的孔隙水壓力和土壤含水量、基質吸力、流量流速及泥石流沖擊力等關鍵參數不能完全有效監(jiān)測。(5)現存的泥石流模擬裝置不能進行泥石流啟動、運移和堆積全過程模擬。(6)現行的實驗裝置對于控制泥石流的完整模擬過程操作不方便，系統(tǒng)化程度不夠。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現有技術中存在的上述問題，提供一種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)。
[0006]為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本實用新型是通過以下技術方案實現:
[0007]—種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，包括儀器臺、供水系統(tǒng)、控制中心、管路及分水系統(tǒng)、接收線路、電磁流量計、導水管、雨滴模擬噴頭、雨量傳感器、物源槽、孔壓計、基質吸力探頭、土壤含水率探頭、流通槽、流速流量測試裝置、沖擊力測試裝置、堆積板、尾料槽、升降系統(tǒng)和數碼采集系統(tǒng)。
[0008]所述儀器臺用于放置供水系統(tǒng)和控制中心，抬高物源槽。
[0009]所述供水系統(tǒng)內的水通過導水管進入物源槽，導水管上安裝有電磁流量計，用于記錄流量，控制中心控制供水系統(tǒng)向物源槽內排水模擬水流沖刷。
[0010]所述管路及分水系統(tǒng)、接收線路、雨滴模擬噴頭及雨量傳感器共同組成降雨系統(tǒng)，控制中心控制所述降雨系統(tǒng)模擬人工降雨，形成不同雨強、雨量、雨型的模擬；雨量傳感器通過接收線路將信息傳送到控制中心，實現雨量精確控制。
[0011 ]所述物源槽末端與流通槽相連，流通槽末端與堆積板相連，模擬泥石流通過物源槽，流經流通槽到達堆積板，實現模擬泥石流的啟動、運移及堆積完整過程。
[0012]所述升降系統(tǒng)包括一號升降機、二號升降機和三號升降機，通過控制中心分別對所述一號升降機、二號升降機和三號升降機進行控制。其中一號升降機位于物源槽起頭，用于改變物源槽的角度，實現不同坡度的泥石流啟動實驗;二號升降機位于流通槽的末端，實現不同坡度情況下的泥石流運移過程的研究；三號升降機位于堆積板末端，用于模擬不同地形的泥石流堆積實驗，實現對泥石流的運動距離，堆積面積進行研究。
[0013]所述電磁流量計、雨量傳感器、孔壓計、基質吸力探頭、土壤含水率探頭、流速流量測試裝置、沖擊力測試裝置屬于檢測系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)與數碼采集系統(tǒng)共同實現對泥石流啟動、運移及堆積全過程的實時監(jiān)測。
[0014]所述數碼采集系統(tǒng)包括相機、一號攝像機、二號攝像機和三號攝像機。
[0015]所述儀器臺上設有便于到其上進行實驗觀察的梯子。
[0016]所述尾料槽連接有便于收集實驗廢料用的導管，方便材料再利用。
[0017]本實用新型的工作過程:
[0018]槽底通過橫梁攔擋和塊石鋪設增加粗糙度和摩擦阻力，防止土體整體溜滑或垮塌。物源槽、流通槽三周均為帶有刻度的有機玻璃，便于試驗觀測。本實用新型模擬試驗系統(tǒng)可以完成水流沖刷引發(fā)泥石流、降雨引發(fā)泥石流以及二者共同作用下的泥石流模擬實驗。對于和泥石流啟動、運移及堆積等一系列過程相關的因素，比如物質組成、顆粒級配、含水狀況、水源條件、物源槽、流通槽及堆積板的坡度、糙率等、雨量、雨強、降雨類型、降雨過程等一系列因素進行實驗研究。通過控制中心可以控制供水系統(tǒng)向物源槽內放水模擬水流沖刷，從而進行水流沖刷與泥石流啟動實驗研究。通過控制中心控制降雨系統(tǒng)模擬人工降雨，可以形成不同雨強、雨量、雨型的模擬，從而進行降雨與泥石流啟動實驗的研究。同時控制供水系統(tǒng)和降雨系統(tǒng)，模擬水流沖刷和降雨同時進行，實現水流沖刷和降雨與泥石流共同作用的實驗研究。
[0019]本實用新型的有益效果是:
[0020]1、能夠把降雨和水流沖刷引發(fā)的兩類泥石流結合起來進行研究，并模擬真實的降雨過程。
[0021]2、對于和泥石流啟動、運移及堆積等一系列過程相關的因素，比如物質組成、顆粒級配、含水狀況、水源條件、物源槽、流通槽及堆積板的坡度、糙率等、雨量、雨強、降雨類型、降雨過程等，能夠很方便地對這些因素進行針對的實驗，完整模擬過程系統(tǒng)化程度較高。
[0022]3、對于泥石流實驗過程中的孔隙水壓力和土壤含水量、基質吸力、流量流速及泥石流沖擊力等關鍵參數能夠有效監(jiān)測，并進行泥石流啟動、運移和堆積全過程模擬。
[0023]當然，實施本實用新型的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優(yōu)點。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本實用新型所述集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)的側視結構示意圖；
[0026]圖2為本實用新型所述集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)的俯視結構示意圖；
[0027]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0028]1-儀器臺，2-供水系統(tǒng)，3-控制中心，4-梯子，5-管路及分水系統(tǒng)，6_接收線路，7_電磁流量計，8-導水管，9-雨滴模擬噴頭，10-雨量傳感器，11-物源槽，12-孔壓計，13-基質吸力探頭，14-土壤含水率探頭，15-流通槽，16-流速流量測試裝置，17-沖擊力測試裝置，18-堆積板，19-導管，20-尾料槽，21-—號升降機，22-二號升降機，23-三號升降機，24-相機，25-—號攝像機，26-二號攝像機，27-三號攝像機。
【具體實施方式】
[0029]下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0030]請參閱圖1-2所示，本實用新型為一種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，包括儀器臺1、供水系統(tǒng)2、控制中心3、管路及分水系統(tǒng)5、接收線路6、電磁流量計7、導水管8、雨滴模擬噴頭9、雨量傳感器10、物源槽11、孔壓計12、基質吸力探頭13、土壤含水率探頭14、流通槽15、流速流量測試裝置16、沖擊力測試裝置17、堆積板18、尾料槽20、升降系統(tǒng)和數碼采集系統(tǒng)。
[0031]其中，儀器臺I用于放置供水系統(tǒng)2和控制中心3，抬高物源槽11。
[0032]其中，供水系統(tǒng)2內的水通過導水管8進入物源槽11，導水管8上安裝有電磁流量計7，用于記錄流量，控制中心3可以控制供水系統(tǒng)2向物源槽11內排水模擬水流沖刷。
[0033]其中，管路及分水系統(tǒng)5、接收線路6、雨滴模擬噴頭9及雨量傳感器10共同組成降雨系統(tǒng)，控制中心3控制所述降雨系統(tǒng)模擬人工降雨，用于形成不同雨強、雨量、雨型的模擬;雨量傳感器10通過接收線路6將信息傳送到控制中心3，實現雨量精確控制。
[0034]其中，物源槽11末端與流通槽15相連，流通槽15末端與堆積板18相連，模擬泥石流可以通過物源槽11，流經流通槽15到達堆積板18，實現模擬泥石流的啟動、運移及堆積完整過程。
[0035]其中，升降系統(tǒng)包括一號升降機21、二號升降機22和三號升降機23，通過控制中心3分別對一號升降機21、二號升降機22和三號升降機23進行控制。一號升降機21位于物源槽起頭，用于改變物源槽11的角度，實現不同坡度的泥石流啟動實驗;二號升降機22位于流通槽15的末端，實現不同坡度情況下的泥石流運移過程的研究；三號升降機23位于堆積板18末端，用于模擬不同地形的泥石流堆積實驗，實現對泥石流的運動距離，堆積面積進行研究。
[0036]其中，電磁流量計7、雨量傳感器10、孔壓計12、基質吸力探頭13、土壤含水率探頭14、流速流量測試裝置16、沖擊力測試裝置17屬于檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)與數碼采集系統(tǒng)共同實現對泥石流啟動、運移及堆積全過程的實時監(jiān)測。
[0037]其中，數碼采集系統(tǒng)包括相機24、一號攝像機25、二號攝像機26和三號攝像機27。
[0038]其中，儀器臺I上設有便于到其上進行實驗觀察的梯子4。
[0039]其中，尾料槽20連接有便于收集實驗廢料用的導管19，方便材料再利用。
[0040]本實施例的一個具體應用，以降雨和水流沖刷與泥石流共同作用為例:
[0041 ] 通過控制中心3調節(jié)升降機21，22，23，設置好物源槽11、流通槽15、堆積板18的坡度，使其與模擬場地的形成區(qū)、流動區(qū)和堆積區(qū)坡度相符。配置好的土體放入物源槽U，使其同模擬場的地形地貌相似。通過控制中心3調節(jié)供水系統(tǒng)2向物源槽11內放水，模擬水流沖刷，流量通過電磁流量計7記錄，調節(jié)降雨系統(tǒng)產生降雨，雨量通過雨量傳感器10傳送到控制中心。在此過程中基質吸力探頭13、孔壓計12、土壤含水率探頭14實時監(jiān)測土體變化。一號攝像機25對泥石流形成、發(fā)生過程進行實時錄像。泥石流進入流通槽15，流速流量測試裝置16對泥石流的流量流速進行記錄，相機24、二號攝像機26對泥石流運動過程實時錄像。最后泥石流到達堆積板18，沖擊力測試裝置17記錄泥石流的沖擊力，三號攝像機27對泥石流堆積過程進行實時錄像。實驗完畢后，將廢料收回尾料槽20，進行下一組實驗。
[0042]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料過著特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0043]以上公開的本實用新型優(yōu)選實施例只是用于幫助闡述本實用新型。優(yōu)選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節(jié)，也不限制該實用新型僅為所述的【具體實施方式】。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本實用新型的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本實用新型。本實用新型僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。
【主權項】
1.一種集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:包括儀器臺(1)、供水系統(tǒng)(2)、控制中心(3)、管路及分水系統(tǒng)(5)、接收線路(6)、電磁流量計(7)、導水管(8)、雨滴模擬噴頭(9)、雨量傳感器(10)、物源槽(11)、孔壓計(12)、基質吸力探頭(13)、土壤含水率探頭(14)、流通槽(15)、流速流量測試裝置(16)、沖擊力測試裝置(17)、堆積板(18)、尾料槽(20)、升降系統(tǒng)和數碼采集系統(tǒng)； 所述儀器臺(I)用于放置供水系統(tǒng)(2)和控制中心(3)，抬高物源槽(11); 所述供水系統(tǒng)(2)內的水通過導水管(8)進入物源槽(11)，導水管(8)上安裝有電磁流量計(7)，用于記錄流量，控制中心(3)控制供水系統(tǒng)(2)向物源槽(11)內排水模擬水流沖刷； 所述管路及分水系統(tǒng)(5)、接收線路(6)、雨滴模擬噴頭(9)及雨量傳感器(10)共同組成降雨系統(tǒng)，控制中心(3)控制所述降雨系統(tǒng)模擬人工降雨，形成不同雨強、雨量、雨型的模擬;雨量傳感器(10)通過接收線路(6)將信息傳送到控制中心(3)，實現雨量精確控制； 所述物源槽(11)末端與流通槽(15)相連，流通槽(15)末端與堆積板(18)相連，模擬泥石流通過物源槽(11)，流經流通槽(15)到達堆積板(18)，實現模擬泥石流的啟動、運移及堆積完整過程。2.根據權利要求1所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述升降系統(tǒng)包括一號升降機(21)、二號升降機(22)和三號升降機(23)，通過控制中心(3)分別對所述一號升降機(21)、二號升降機(22)和三號升降機(23)進行控制。3.根據權利要求2所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述一號升降機(21)位于物源槽起頭，用于改變物源槽(11)的角度，實現不同坡度的泥石流啟動實驗;二號升降機(22)位于流通槽(15)的末端，實現不同坡度情況下的泥石流運移過程的研究；三號升降機(23)位于堆積板(18)末端，用于模擬不同地形的泥石流堆積實驗，實現對泥石流的運動距離，堆積面積進行研究。4.根據權利要求1所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述電磁流量計(7)、雨量傳感器(10)、孔壓計(12)、基質吸力探頭(13)、土壤含水率探頭(14)、流速流量測試裝置(16)、沖擊力測試裝置(17)屬于檢測系統(tǒng)，所述檢測系統(tǒng)與數碼采集共同實現對泥石流啟動、運移及堆積全過程的實時監(jiān)測。5.根據權利要求1或4所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述數碼采集系統(tǒng)包括相機(24)、一號攝像機(25)、二號攝像機(26)和三號攝像機(27)。6.根據權利要求1所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述儀器臺(I)上設有便于到其上進行實驗觀察的梯子(4)。7.根據權利要求1所述的集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)，其特征在于:所述尾料槽(20)連接有便于收集實驗廢料用的導管(19)。
【文檔編號】G01N33/24GK205449977SQ201620239038
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】秦勝伍, 呂江峰, 王雪冬, 李廣杰, 彭帥英
【申請人】吉林大學