[發明專利]一種泥石流遇障礙物沉積規律試驗裝置及其使用方法

有效

• 申請號: 201610236015.7
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105928684B
• 公開（公告）日: 2018-03-20
• 發明（設計）人: 孟珍珠;孔綱強;彭懷風;李輝
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及山體滑坡災害研究領域，主要適用于泥石流沖擊河道時與水流、障礙物相互作用等技術領域，并可擴展至其他固體顆粒堆積研究領域，具體涉及一種泥石流遇障礙物沉積規律試驗裝置及其使用方法。

背景技術

自然災害研究領域，泥石流對河道的沖擊是常見的山區自然災害之一，它對河工建筑和河床形態、河道內水波形態等均有較大的影響；泥石流在河道沖擊過程中沉積規律研究是河流動力學基礎研究、河床形態研究、防災減災工程施工設計等的重要基礎和核心要素。泥石流沖擊山區變坡河道沉積規律研究試驗是了解與掌握泥石流災害對山區河道影響及其破壞力遞變規律的最有效、且最重要的手段之一。因此，尋求一種可視化的泥石流沖擊山區變坡河道沉積規律試驗裝置，是工程技術人員努力追求的方向，也是對泥石流災害水下擴散規律和對水域破壞力研究的必要條件。

目前常規的泥石流運動試驗裝置僅針對其在地面的運動特征及堆積規律，尚未有針對泥石流沖擊河道后堆積研究的試驗裝置，無法對泥石流沖擊河道后的瞬時堆積特征、以及礫石沉積河底后長時間尺度遷移規律進行試驗分析。因此，本技術方案設計垂向變坡滑道和透明模型槽，并使透明模型槽內保持水體流動，考慮水下障礙物的因素、以及多變坡坡道的影響，模擬泥石流沖擊垂直流體時的水下堆積特征；利用超聲波測距儀、高速攝像機、微型立體攝像頭、自動數碼相機和流速計，記錄泥石流水下流速、堆積特點、河底形態變化特征，并觀測礫石沉積河底后長時間尺度遷移規律、以及泥石流災害水下擴散規律。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種泥石流遇障礙物沉積規律試驗裝置及其使用方法，解決了常規泥石流運動模擬試驗裝置中，無法進行遇障礙物時水下堆積模擬、無法觀測泥石流沖擊入河道時的水下擴散規律，以及長時間尺度遷移特征的技術問題。

技術方案：為實現上述目的，本發明的泥石流遇障礙物沉積規律試驗裝置包括：透明模型槽和蓄水箱，所述透明模型槽為下部密封、上部開口的長方體，其相對的兩個側面上分別設置有進水口和出水口，進水口和出水口分別連接蓄水箱；所述透明模型槽上還設置有變坡滑道，變坡滑道與進水口所在的側面垂直；在透明模型槽內還設置有一排流速計，流速計位于變坡滑道的延長線上，固定于透明模型槽的底部，用于記錄模擬試驗過程中的水流速度特征；在透明模型槽內還設置有透明空心障礙物，透明空心障礙物位于變坡滑道與出水口之間，空心障礙物內設置有微型立體攝像頭，用于記錄障礙物四周堆積高度變化特征和頂部的推移質運動特征；在透明模型槽的上方設置有超聲波測距儀，用于記錄透明模型槽底部地形；在垂直于進水口所在的側面外部設置有高速攝像機，用于捕捉泥石流沖擊透明模型槽后的瞬時堆積和運動特征；在與變坡滑道所在側面相對的側面外部設置有自動數碼相機，用于記錄泥石流沖擊水面時正面運動和擴散特征。

其中，變坡滑道上設有變坡滑道閥門，變坡滑道閥門高于透明模型槽的側面高度，變坡滑道閥門以上為泥石流蓄存區，用于盛放泥石流模擬材料；變坡滑道閥門以下為滑動坡道，在滑動坡道上設置有坡道轉軸，用于調整滑動坡道的坡度。

其中，所述超聲波測距儀的鏡頭垂直于變坡滑道，且可沿透明模型槽內的水流方向運動。

其中，所述高速攝像機的鏡頭垂直于變坡滑道，與透明模型槽內的水位同高。

其中，所述自動數碼相機的鏡頭垂直于變坡滑道，與透明模型槽內水位同高。

本發明還公開了利用上述泥石流遇障礙物沉積規律試驗裝置的使用方法，包括以下步驟：

(1)制作泥石流模擬材料：所述泥石流模擬材料包括固體顆粒和液體；

(2)布置和調整試驗裝置：調整所述變坡滑道上的變坡滑道轉軸使其達到預設的變坡角度并固定，關閉變坡滑道閥門；

校核流速計，調整高速攝像機和自動數碼相機的高度和鏡頭方向，使兩者高度與透明模型槽內預設的水位高度平齊，鏡頭垂直于變坡滑道；調整超聲波測距儀的鏡頭方向，使其鏡頭垂直于變坡滑道；

(3)模擬泥石流沖刷，捕捉相關信息：將預制好的模擬泥石流模擬材料稱重，并置入變坡滑道的泥石流存蓄區；打開透明模型槽進水口和出水口的閥門及水泵，調整進水口和出水口的流速，使透明模型槽內達到預設水位并保持不變；

開啟超聲波測距儀、高速攝像機、微型立體攝像頭和自動數碼相機；

打開變坡滑道閥門，使泥石流模擬材料流入透明模型槽，并由各觀測儀器記錄相關各項參數，至該組試驗結果；

(4)數據處理和分析