[發明專利]一種泥石流運動的底床阻力測算方法及其應用

有效

• 申請號: 201711334894.8
• 申請日: 2017-12-14
• 公開（公告）號: CN108009371B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 唐金波;胡凱衡;陳劍剛;唐代興
• 申請（專利權）人: 中國科學院;水利部成都山地災害與環境研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F119/14
• 代理公司: 成都賽恩斯知識產權代理事務所(普通合伙) 51212
• 代理人: 王璐瑤

本發明公開了一種泥石流運動的底床阻力測算方法及其應用。所述測算方法首先在水槽中部底床設置組合了兩個壓力傳感器和一個拉力傳感器的剪力盒，然后采集剪力盒的內置盒質量、剪力盒放置坡度、進行水槽實驗前的拉力傳感器和壓力傳感器測量值，接著進行水槽實驗，并采集泥石流經過時兩個壓力傳感器和一個拉力傳感器的測量值，最后計算得到泥石流運動的底床阻力。本發明的泥石流運動底床阻力測算方法通過組合兩個壓力傳感器和一個拉力傳感器，能夠直接測量并計算得到泥石流在運動過程中的底床阻力，為驗證泥石流運動阻力模型以及認識泥石流運動、堆積機理提供可靠的數據，且本發明的剪力盒結構簡單，能方便地用于泥石流動力學實驗。

技術領域

本發明涉及一種泥石流運動的底床阻力測算方法，及其在泥石流動力學實驗中的應用。

背景技術

泥石流是山區常見的地質災害，常常威脅山區人民的生命和財產安全。為了減輕泥石流災害帶來的損失，諸如攔擋壩等防治工程常被用來調節物質和能量，而這些工程措施的設計需要對泥石流的運動有較為深入的認識。

泥石流之所以會形成很大災害的一個主要原因是這些顆粒物質的運動具有超強流動特性。這種超強運動性表現為很高的運動流速和很遠的沖出距離。高速使得其具有很強的沖擊力，對沿程的結構物具有極強的沖擊破壞力；超遠的沖出距離使得危害的范圍大大增加。因此，對泥石流運動的阻力特性的研究是非常重要的一個研究課題。由于直接測量泥石流運動阻力存在困難，目前泥石流運動阻力的確定主要是基于一些理論推導，而缺乏針對泥石流運動阻力的直接測量計算，使得對泥石流運動的認識存在很大的局限性。

發明內容

本發明的目的就是針對現有技術的不足，提供一種在泥石流動力學實驗中測算泥石流運動的底床阻力的方法，該方法能夠通過泥石流水槽實驗直接測量并計算得到泥石流運動的底床阻力，為驗證泥石流運動阻力模型以及認識泥石流運動、堆積機理提供可靠的數據。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

泥石流運動的底床阻力的確定是研究泥石流運動及動力學特性的關鍵要素。為了能直接測量得到測算泥石流運動底床阻力所需參數，本發明設計了一個剪力盒。具體而言，本發明提出一種泥石流運動的底床阻力測算方法，具體步驟如下：

(一)設置水槽，將剪力盒設于水槽中部的底床中央位置。所述剪力盒包括一個外置盒和一個設于外置盒內的內置盒；內置盒底面與外置盒底面之間通過動滑輪連接，內置盒在外置盒內能自由滑動；內置盒頂面與外置盒頂面位于同一平面、且通過柔性防水布料相連接，內置盒頂面為剪力板；內置盒內設有支架(用于支撐能測量泥石流總壓力的壓力傳感器A)，支架上設有與剪力板無縫相連的壓力傳感器A；內置盒的上游端通過拉力傳感器與外置盒連接，內置盒的下游端通過壓力傳感器B與外置盒連接。

(二)通過實際測量，確定內置盒的質量m、單位kg；通過現場調查，確定剪力盒放置坡度θ、單位°，由于野外泥石流溝道流通段的自然坡度為0-20°之間，因此水槽坡度為0-20°之間，剪力盒放置坡度θ一般為0°-20°；采集沒有泥石流經過剪力板時拉力傳感器的測量值f_0拉、單位N；采集沒有泥石流經過剪力板時壓力傳感器B的測量值f_0壓、單位N。

(三)配制相應容重和粘度的泥石流進行水槽實驗，采集泥石流經過剪力板時拉力傳感器的測量值f_拉、單位N，泥石流經過剪力板時壓力傳感器B的測量值f_壓、單位N，及泥石流經過剪力板時壓力傳感器A的測量值σ₁、單位N。

(四)通過以下公式確定泥石流運動的底床阻力f_泥

式中，f_泥—泥石流運動的底床阻力，單位N；

f_壓—泥石流經過剪力板時壓力傳感器B的測量值，單位N，由步驟(三)確定；