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
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種關(guān)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(shù)】
[0002]據(jù)統(tǒng)計資料表明，中國泥石流活動區(qū)域面積已達(dá)430萬km2，泥石流因其形成過程復(fù)雜、爆發(fā)突然、流速快，物質(zhì)容量大、來勢兇猛、歷時短暫、破壞力強而成為山區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的一大災(zāi)害。發(fā)生泥石流常常會沖毀公路鐵路等交通設(shè)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(yuǎn)山區(qū)，其形成過程和流體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，暴發(fā)突然，成災(zāi)迅速，難以觀測。當(dāng)前泥石流起動機(jī)理研究的重要手段和核心內(nèi)容之一是進(jìn)行起動試驗。已有很多學(xué)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(jié)果，為泥石流的形成及運動機(jī)理提出了良好的見解，推動了泥石流的研究進(jìn)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(shù)學(xué)者是采用室內(nèi)物理實驗來進(jìn)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(chǎn)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(xué)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(xué)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(nèi)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(xué)者以室內(nèi)物理模擬試驗為主。比如，高冰等[發(fā)表于《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2011年第12期中的《泥石流啟動過程中水土作用機(jī)制的宏細(xì)觀分析》]利用自制小比例模型槽，結(jié)合可控降雨強度的降雨模擬器，進(jìn)行人工降雨誘發(fā)泥石流的室內(nèi)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(xì)顆粒在雨水作用下的運動和流失方面提出了細(xì)顆粒是導(dǎo)致堆積土體內(nèi)部力學(xué)變化以及從短暫的流土狀態(tài)轉(zhuǎn)化為泥石流的主要因素。胡明鑒等[發(fā)表于《巖石力學(xué)與工程學(xué)報》2003年第5期中的《蔣家溝流域暴雨滑坡泥石流共生關(guān)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(xiàn)象進(jìn)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(xiàn)象和由此引發(fā)滑坡，滑坡土體轉(zhuǎn)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(guān)系。
[0004]但是上述及現(xiàn)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(xiàn)存的泥石流實驗系統(tǒng)只能針對其中一類，不能把二者結(jié)合起來進(jìn)行研究。(2)目前的人工降雨絕大多數(shù)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(guān)的因素，比如物質(zhì)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(xiàn)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(zhì)吸力、流量流速及泥石流沖擊力等關(guān)鍵參數(shù)不能完全有效監(jiān)測。(5)現(xiàn)存的泥石流模擬裝置不能進(jìn)行泥石流啟動、運移和堆積全過程模擬。(6)現(xiàn)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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[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(dǎo)水管、雨滴模擬噴頭、雨量傳感器、物源槽、孔壓計、基質(zhì)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(shù)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(nèi)的水通過導(dǎo)水管進(jìn)入物源槽，導(dǎo)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(nèi)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(xiàn)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(jīng)流通槽到達(dá)堆積板，實現(xiàn)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(jī)、二號升降機(jī)和三號升降機(jī)，通過控制中心分別對所述一號升降機(jī)、二號升降機(jī)和三號升降機(jī)進(jìn)行控制。其中一號升降機(jī)位于物源槽起頭，用于改變物源槽的角度，實現(xiàn)不同坡度的泥石流啟動實驗;二號升降機(jī)位于流通槽的末端，實現(xiàn)不同坡度情況下的泥石流運移過程的研究；三號升降機(jī)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(xiàn)對泥石流的運動距離，堆積面積進(jìn)行研究。
[0013]所述電磁流量計、雨量傳感器、孔壓計、基質(zhì)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(shù)碼采集系統(tǒng)共同實現(xiàn)對泥石流啟動、運移及堆積全過程的實時監(jiān)測。
[0014]所述數(shù)碼采集系統(tǒng)包括相機(jī)、一號攝像機(jī)、二號攝像機(jī)和三號攝像機(jī)。
[0015]所述儀器臺上設(shè)有便于到其上進(jìn)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(dǎo)管，方便材料再利用。
[0017]本發(fā)明的工作過程:
[0018]槽底通過橫梁攔擋和塊石鋪設(shè)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(jī)玻璃，便于試驗觀測。本發(fā)明模擬試驗系統(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(guān)的因素，比如物質(zhì)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(jìn)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(nèi)放水模擬水流沖刷，從而進(jìn)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(jìn)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(jìn)行，實現(xiàn)水流沖刷和降雨與泥石流共同作用的實驗研究。
[0019]本發(fā)明的有益效果是:
[0020]1、能夠把降雨和水流沖刷引發(fā)的兩類泥石流結(jié)合起來進(jìn)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(guān)的因素，比如物質(zhì)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(jìn)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(zhì)吸力、流量流速及泥石流沖擊力等關(guān)鍵參數(shù)能夠有效監(jiān)測，并進(jìn)行泥石流啟動、運移和堆積全過程模擬。
[0023]當(dāng)然，實施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時達(dá)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發(fā)明實施例的技術(shù)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發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明所述集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為本發(fā)明所述集泥石流啟動、運移與堆積為一體的模擬試驗系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]附圖中，各標(biāo)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(dǎo)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(zhì)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(dǎo)管，20