[發明專利]一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統及實驗方法

有效

• 申請號: 202010431144.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111650166B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 顧東明;劉漢龍;王林;仉文崗;周航;王勛
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/84
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開了一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統及實驗方法，一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統的實驗方法，包括以下步驟：環形槽內裝有透明土石混合體試樣和環境流體，伺服電機帶動旋轉支架和攪拌葉片在環境流體中攪動，透明土石混合體試樣被環境流體沖刷，激光器照射透明土石混合體試樣和環境流體，工業相機對透明土石混合體試樣和環境流體拍攝，拍攝圖像傳送至計算機處理，分析出透明土石混合體試樣的被侵蝕過程。本發明提供了一種針對土石混合體侵蝕的可控、可視、可測的實驗系統及方法，解決了以往實驗方法中存在的侵蝕過程不可見、數據采集困難等問題。

技術領域

本發明涉及地質災害與巖土工程可視化模型試驗技術領域。

背景技術

我國西南地區第四紀地質作用活躍，地表覆蓋有深厚的、以土石混合物為主要組成物質的第四紀覆蓋層。隨著近年來一些大型甚至超大型水利水電工程的興建和投入運營，出現了眾多以土石混合體為載體的地質災害，如三峽庫區消落帶庫岸侵蝕、堆積體滑坡以及土石混合體堰塞壩潰決等，造成巨大的人員傷亡及財產損失。

由于這類土石混合體的失穩時間難以預測，實際工程中也極難監測，至今仍缺乏真實可靠的觀測數據。認識土石混合物工程地質體的失穩機理、演化過程，對科學準確地評判此類地質體的穩定性、可蝕性以及災害預警等具有重要意義。目前，許多學者已開展了有關土石混合體侵蝕的試驗。然而，由于巖土材料的不透明性質，現有的實驗技術手段難以從細觀上分析土石混合體在水動力作用下的介質移運、侵蝕啟動過程、土石分離等特征。

因此，有必要研發一種可控、可視、可測的實驗系統與方法來研究土石混合體侵蝕演化過程。

發明內容

本發明的目的是提供一種可有效觀測、控制的土石混合體水力侵蝕演化過程的模擬系統及實驗方法。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統，包括環形槽、支撐支架、旋轉支架、伺服電機、工業相機、激光器和計算機。

由透明有機玻璃制成的所述環形槽水平放置在試驗臺上，環形槽內設置有透明土石混合體試樣和環境流體，透明土石混合體試樣安裝到環形槽底部并浸泡在環境流體內，透明土石混合體試樣和環境流體內均添加有熒光劑。

所述試驗臺上固定有支撐支架，支撐支架上連接有輸出軸豎直向下的伺服電機。

所述旋轉支架包括橫桿和兩個攪動桿，橫桿水平設置在環形槽的正上方，伺服電機的輸出軸連接到橫桿的中點上，橫桿的兩端分別與兩個攪動桿的上端連接，兩個攪動桿的下端均連接有攪拌葉片。

所述攪拌葉片伸入環境流體內，攪拌葉片的下端與透明土石混合體試樣的上端存在間隙，兩個攪拌葉片的連線穿過環形槽所在圓的圓心。

所述激光器安裝到電動升降臺上，電動升降臺固定在試驗臺上且位于環形槽外側。

工作時，所述伺服電機帶動旋轉支架轉動，兩個攪拌葉片攪動環境流體。所述激光器向透明土石混合體試樣發射激光，電動升降臺帶動激光器上下往復運動，透明土石混合體試樣和環境流體內的熒光劑在激光誘導下發出熒光，位于透明土石混合體試樣正上方的工業相機對透明土石混合體試樣進行持續拍攝，并將捕捉到的圖像發送至計算機，計算機通過數字圖像處理技術定量分析透明土石混合體試樣的演化過程。

進一步，所述透明土石混合體試樣呈扇環狀。

進一步，所述透明土石混合體試樣由正十二烷、苯甲基硅油、無定型硅粉和不規則玻璃塊均勻混合并加載固結而成。

進一步，所述環境流體為礦物混合油。

基于上述的一種透明土石混合體水力侵蝕演化模擬系統的實驗方法，包括以下步驟：

1)制作所述環境流體和呈扇環狀的透明土石混合體試樣。其中所述透明土石混合體試樣和環境流體內均添加有熒光劑。