[發(fā)明專利]集泥石流啟動(dòng)、運(yùn)移與堆積為一體的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610177817.5
• 申請(qǐng)日: 2016-03-24
• 公開（公告）號(hào): CN105699628A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦勝伍;王雪冬;李廣杰;彭帥英;呂江峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/24
• 分類號(hào): G01N33/24
• 代理公司: 合肥順超知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 黃晶晶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種關(guān)于泥石流的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，具體涉及一種集泥 石流啟動(dòng)、運(yùn)移與堆積為一體的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)資料表明，中國(guó)泥石流活動(dòng)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(shì)兇猛、 歷時(shí)短暫、破壞力強(qiáng)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(huì)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(cè)。當(dāng)前泥石流起動(dòng)機(jī)理研究的重要手段和核心內(nèi) 容之一是進(jìn)行起動(dòng)試驗(yàn)。已有很多學(xué)者通過物理模擬試驗(yàn)來模擬泥石 流的形成，發(fā)生、運(yùn)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(yùn)動(dòng)機(jī)理提出了良好的見解，推動(dòng)了泥石流的研究 進(jìn)展。

目前就中國(guó)泥石流的模擬實(shí)驗(yàn)來看，可以分為兩種類型：水流沖 刷引發(fā)泥石流的實(shí)驗(yàn)和降雨引發(fā)泥石流的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于第一種類型，大 多數(shù)學(xué)者是采用室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn)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(kù)粘性淤積物泄空沖刷的模 型試驗(yàn)研究》]開展的試驗(yàn)，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(cè)卵石在泥漿流作用下的運(yùn)動(dòng),研究泥石流的形 成條件和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。張麗萍和唐克麗[發(fā)表于《山地學(xué)報(bào)》1999年第1 期中的《泥石流源地松散體起動(dòng)人工降雨模擬及放水沖刷實(shí)驗(yàn)》]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(duì)象,采 用人工降雨及放水沖刷模擬實(shí)驗(yàn)方法,分析了不同類型、不同地區(qū)泥石 流源地松散體起動(dòng)條件及泥石流過程。對(duì)于第二種類型，中國(guó)眾多專 家學(xué)者開展了大量人工降雨誘發(fā)泥石流起動(dòng)試驗(yàn)，包括了室內(nèi)泥石流 起動(dòng)模擬試驗(yàn)和室外泥石流起動(dòng)原型試驗(yàn)，但是由于室外實(shí)驗(yàn)不夠靈 活，所以近年來許多學(xué)者以室內(nèi)物理模擬試驗(yàn)為主。比如，高冰等[發(fā) 表于《巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)》2011年第12期中的《泥石流啟動(dòng)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(qiáng)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(yàn)，著重 研究不同降雨強(qiáng)度對(duì)砂性泥石流啟動(dòng)下滑過程的影響。通過試驗(yàn)從細(xì) 顆粒在雨水作用下的運(yùn)動(dòng)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(bào)》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(yàn)研究》]通過大型人工降雨滑坡泥石流試驗(yàn) 和小型模型試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)和含水量監(jiān)測(cè)，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。

但是上述及現(xiàn)存的泥石流模擬實(shí)驗(yàn)裝置存在一些問題：(1)對(duì)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)只能針對(duì) 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(qiáng)是持續(xù)性、均勻性的方式，不能模擬真實(shí)的降雨過程。(3) 對(duì)于和泥石流啟動(dòng)、運(yùn)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(jí)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(qiáng)、降雨類型、降雨過程等，現(xiàn)存的實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)也只能針對(duì)部分因素。(4)目前的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)于泥石流實(shí)驗(yàn)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(cè)。(5)現(xiàn)存的泥石流模擬裝置不能進(jìn)行泥 石流啟動(dòng)、運(yùn)移和堆積全過程模擬。(6)現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)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

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(dòng)、運(yùn)移與堆積為一體的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。

為實(shí)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(shí)現(xiàn)：

一種集泥石流啟動(dòng)、運(yùn)移與堆積為一體的模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括儀 器臺(tái)、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(jì)、導(dǎo)水管、雨滴模擬噴頭、雨量傳感器、物源槽、孔壓計(jì)、基質(zhì)吸 力探頭、土壤含水率探頭、流通槽、流速流量測(cè)試裝置、沖擊力測(cè)試 裝置、堆積板、尾料槽、升降系統(tǒng)和數(shù)碼采集系統(tǒng)。

所述儀器臺(tái)用于放置供水系統(tǒng)和控制中心，抬高物源槽。