[發明專利]泥石流沖擊變坡河道的模擬試驗裝置及模擬試驗的方法

有效

• 申請號: 201610239652.X
• 申請日: 2016-04-18
• 公開（公告）號: CN105887753B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 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;E02B1/02
• 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

本發明涉及泥石流災害研究領域，尤其涉及一種泥石流沖擊變坡河道的模擬試驗裝置及模擬試驗的方法，用于模擬泥石流沖擊河道時與水流相互作用，能夠模擬泥流、水石流等多種形態的泥石流，并可擴展至其他兩層流。

背景技術

自然災害研究領域，泥石流對河道的沖擊是一種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與河道水流相互作用關系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瞬時模擬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瞬時模擬試驗裝置，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，尚未有針對水下兩層流運動研究的試驗裝置，無法對泥石流沖擊河道后水面波形的變化特征、泥石流水底的擴散規律進行試驗分析。因此，本技術方案擬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，可以模擬泥石流沖擊垂直流體時的運動特征，并利用粒子圖像測速儀、高速攝像機、自動數碼相機、以及流速計等記錄和觀測波形、流速等特征；同時，采用透明的試驗材料，可對泥石流災害水下擴散規律進行可視化的觀測。

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沖擊變坡河道的模擬試驗裝置及模擬試驗方法，考慮黏性泥石流與水石流的情況、以及變坡坡道影響的垂向流體兩層流運動，使得泥石流沖擊變坡河道能夠被可視化模擬，便于觀測泥石流災害水下擴散特征和河道水面波形的變化規律。

發明內容：為了達到上述目的，解決常規泥石流運動模擬試驗裝置中，無法進行水下兩層流運動模擬、無法觀測泥石流沖擊入河道時的水下擴散規律，以及水面的波形變化特征的技術問題，本發明提供的泥石流沖擊變坡河道的模擬試驗裝置，包括：透明模型槽、蓄水箱和泥石流蓄存箱；所述透明模型槽的內部設置有變坡滑道和若干個流速計，所述流速計的中心與變坡滑道的中心位于同一直線上，所述透明模型槽的外部還設置有數據采集設備；在所述透明模型槽的一個側面上設置有若干個入水口，在與該側面相對的側面上設置有出水口；所述入水口和出水口分別連接所述蓄水箱的出水口和進水口；所述泥石流蓄存箱的泥石流蓄存箱出口與所述變坡滑道相連通。

其中，所述變坡滑道上設置有閥門，所述閥門將所述變坡滑道分為泥石流蓄存區和滑動坡道區，所述泥石流蓄存區在閥門閉合時為封閉腔體；所述滑動坡道區以透明模型槽的頂部所在的水平面為區分點，透明模型槽頂部以下的變坡滑道設置有變坡滑道轉軸。

進一步地，所述變坡滑道的滑動坡道區頂部開口，且位于所述透明模型槽的頂部與閥門之間的滑道有側壁，位于透明模型槽頂部以下部分的滑道無側壁。

其中，所述透明模型槽采用長方體結構，所述數據采集設備包括：位于所述透明模型槽寬側面外部的粒子圖像測速儀，用于實時捕捉泥石流沖擊水面后的速度特征及水面波形的縱向擴散速度、波長和振幅；位于所述透明模型槽窄側面外部的自動數碼相機，用于記錄泥石流沖擊水面后透明模型槽內的水位特征；以及，位于透明模型槽上方的高速攝像機，用于記錄泥石流沖擊水面后水面波形的橫向擴散特征。

為了確保提供一個流速均勻的流場，所述透明模型槽的寬度為100cm～140cm、長度為250cm～350cm、高度為30cm～50cm、壁厚為1cm～2cm，所述入水口和出水口為7～10個。

其中，所述泥石流蓄存箱中存儲的泥石流模擬材料可以為水石流，采用直徑范圍為2mm～10mm的球形玻璃顆粒作為固體顆粒，并采用水作為液體；也可以采用黏性泥石流，選用直徑范圍為2mm～10mm的球形玻璃顆粒作為固體顆粒，并采用濃度為2.0％～3.0％的聚酯乙烯作為液體。

另外，本發明還公開了一種利用上述泥石流沖擊變坡河道的模擬試驗裝置進行模擬試驗的方法，包括以下步驟：

(1)根據預設的試驗制備泥石流模擬材料；

(2)調整所述變坡滑道的變坡滑道轉軸使其達到預設的變坡角度并固定，關閉所述變坡滑道的閥門；

(3)將所述流速計清零；

(4)調整所述數據采集設備的鏡頭方向和高度，所述數據采集設備包括粒子圖像測速儀、自動數碼相機以及高速攝像機；