[發(fā)明專利]一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置及試驗方法

在審

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• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN109975518A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚志雄;吳琛;周娉婷;陳軍浩;劉耀星;葉建峰;陳希茂;鄧歷振;王文華;吳晨;林賢文
• 申請（專利權(quán)）人: 福建工程學(xué)院
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

1.一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：包括頂面開口的透明模型箱(1)、靠近透明模型箱(1)頂面的降雨模擬裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述透明模型箱(1)與水平面成角傾斜；所述透明模型箱(1)內(nèi)鋪設(shè)有砂土模型(2)；所述砂土模型(2)內(nèi)部埋設(shè)有多個用于測量砂土模型(2)內(nèi)部孔隙水壓力和土壓力的傳感器裝置(3)；所述降雨模擬裝置包括進(jìn)水箱(4)、與進(jìn)水箱(4)連接的導(dǎo)水管(5)和與導(dǎo)水管(5)端部連接的噴嘴(6)；所述導(dǎo)水管(5)的端部與透明模型箱(1)頂面平行，所述噴嘴(6)靠近透明模型箱(1)頂面；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括靠近透明模型箱(1)的高清攝像儀(7)、立體顯微設(shè)備(8)、動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)和電腦設(shè)備(10)，所述動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)與砂土模型(2)內(nèi)的傳感器裝置(3)連接；所述高清攝像儀(7)、立體顯微設(shè)備(8)和動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(9)與電腦設(shè)備(10)連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述透明模型箱(1)的端部連接有角度調(diào)節(jié)裝置；所述角度調(diào)節(jié)裝置包括固定底座(11)、與固定底座(11)頂端固定連接的固定支撐桿(12)、與固定支撐桿(12)側(cè)壁固定連接的連接桿(13)、與固定支撐桿(12)頂端固定連接的液壓伸縮桿(14)和與連接桿(13)端部連接轉(zhuǎn)動軸(15)；所述液壓伸縮桿(14)的伸縮端與透明模型箱(1)固定連接；所述連接桿(13)的端部通過轉(zhuǎn)動軸(15)與透明模型箱(1)轉(zhuǎn)動連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述導(dǎo)水管(5)設(shè)有第一閥門(16)和第二閥門(17)，所述第一閥門(16)靠近進(jìn)水箱(4)，所述第二閥門(17)靠近噴嘴(6)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述第一閥門(16)和第二閥門(17)之間設(shè)有流量計(18)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述透明模型箱(1)側(cè)壁設(shè)有用于觀察砂土模型(2)中不同位置的砂土顆粒運(yùn)動過程的方格子(19)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述砂土模型(2)為不同砂土重疊鋪設(shè)的多層結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗裝置，其特征是：所述透明模型箱(1)的端部底端設(shè)有用于試驗中產(chǎn)生的尾水和砂土顆粒的收集箱(20)。

8.一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗方法，其特征是：包括以下步驟：

1)制備特定級配狀態(tài)的砂土體或現(xiàn)場取樣備用；

2)將砂土體分層鋪設(shè)于透明模型箱內(nèi)，靜置數(shù)小時后分層碾壓至壓實狀態(tài)，形成砂土模型；

3)采用降雨模擬裝置對步驟2)中所述的砂土模型進(jìn)行細(xì)微降雨，使砂土模型濕潤；

4)啟動高清攝像儀、立體顯微設(shè)備和與砂土模型連接的動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對砂土模型的整體圖像信息、砂土模型中砂土體局部圖像信息和砂土模型滲流過程中的孔隙水壓力、流速、土壓力及顆粒流失量、流量等參數(shù)信息進(jìn)行實時采集；

5)調(diào)節(jié)降雨模擬裝置增大降雨強(qiáng)度至試驗要求，進(jìn)行砂土泥石流模擬；

6)觀察試驗的全過程，通過砂土體與繪制在透明模型箱側(cè)壁的方格子之間的相對位移觀察砂土模型中不同位置砂土顆粒的運(yùn)動特征；

7)試驗數(shù)據(jù)分析，將高清攝像儀獲取的泥石流發(fā)生發(fā)展過程中的整體圖像信息、立體顯微設(shè)備監(jiān)測的砂土模型中砂土體的局部圖像信息和動態(tài)應(yīng)變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取滲流過程中的孔隙水壓力、流速、土壓力和流量等參數(shù)傳遞至電腦設(shè)備，通過電腦設(shè)備分析砂土泥石流模擬試驗過程中砂土體的應(yīng)力場、位移場及滲流場等變化規(guī)律，得出試驗結(jié)果；

8)改變砂土體的物理狀態(tài)、砂土模型的坡度大小和降雨模擬裝置的降雨強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行其他工況的試驗。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種用于模擬砂性土泥石流的物理試驗方法，其特征是：將步驟2)中所述的砂土體鋪設(shè)于透明模型箱(1)內(nèi)之前，將砂土體染色成不同的顏色，然后將不同顏色的砂土體鋪設(shè)與透明模型箱(1)中，制得每層砂土體顏色不同的多層結(jié)構(gòu)的砂土模型(2)。