[发明专利]模拟沟床堆积物在上游泥石流扰动下的起动试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及泥石流扰动研究技术领域，特别涉及一种模拟沟床堆积物在上游泥石流扰动下的起动试验系统。

背景技术

泥石流灾害是我国山区频发的自然灾害之一，每年因泥石流造成大量的人伤亡和财产损失。据崔鹏(2005)研究，在2004年我国有调查报道的泥石流灾害造成了284人死亡，216人失踪，26.6万人受灾，直接经济损失达40多亿。近年来，尤其是在汶川地震后大量松散固体物质形成于岸坡或者进入沟床，这为泥石流的爆发提供了大量物源。泥石流灾害的形成是产流、汇流和沿程侵蚀结果，并非所有的泥石流都具有巨大致灾特征，往往是随着沿程侵蚀，沟床堆积物的进入使得泥石流规模不断增大，进而使其危害性增加。上游泥石流对于沟床堆积物的扰动作用主有：(1)为沟床堆积物提供起动力、(2)使堆积物内部孔隙水压力增加，(3)造成堆积物内部应力的重分布。基于以下三方面的原因，目前对于上述作用的定量化和规律性研究尚且不足：

1、上游泥石流作用的施加难于定量化，例如在现场或模型试验中难以准确的获取一阵泥石流不同部位的流深、流速等基本变量。

2、泥石流流经堆积物时，会产生物质交换，即：一方面会造成堆积物的起动，另一方面又会在沟床淤积，这使得更加难以区分沟床堆积物的起动深度。

3、由于沟床堆积物的起动，使得在现场或者模型试验中的传感器布设困难，一方面如果传感器布设深度过深，不能获取起动部分堆积物内部的各物理量的演化规律，另一方面如果传感器布设于起动深度范围内，随着沟床堆积物的起动传感器随之被带动易使之损坏，进而影响试验数据的进一步采集。

目前，国内已有多位学者开展了大量的关于影响泥石流起动因素的研究，其中部分针对沟床堆积物起动的研究或有助于阐述沟床堆积物的起动机理，主要采用研究方法有：室内实验、模型试验。室内实验虽然不能直接获得沟床堆积物在上游泥石流扰动下的起动规律，但是通过模拟研究物源在循环荷载作用下的孔隙水压力、强度特性的演化特征有助于阐述其起动机理。其中陈宁生(2004)采用动三轴试验研究泥石流物源区土体在震动荷载下的有效强度演化规律。Sassa(1998)研制了double-cylinder rotating仪，研究在扰动作用下土体孔隙水压力变化特征。沟床堆积物在上游泥石流扰动下，其强度变化和孔隙水压力的聚集使其易于起动。在模型试验方面，Takahashi(1978)研究了地表径流扰动下堆积物的起动规律，并获得堆积物起动颗粒粒径与径流深度的关系；Egashira(2001)开展针对沟床堆积物起动的泥石流的试验研究，该研究在一定坡度的沟床堆积物上进行，将流经沟床的稀性泥石流作为其扰动因素，通过该研究获得扰动中所含固体颗粒粒径和沟床堆积物起动粒径的关系。Huali Pan(2013)开展一项模型试验，该实验在沟床上设置坝体，在坝体上游供给泥石流，旨在研究上游泥石流对坝后堆积物起动深度的影响，并获得相关规律。

前述研究方法为沟床堆积物起动机理的阐述提供了大量理论依据，研究方法各有利弊，室内实验可以测得参数，易于获得多个物理量的量化规律，但是不能提供开放的实验环境，因为难于模拟泥石流起动的现场条件；模型实验可以仿真泥石流沟床的现场条件，提供开放的环境，可以施加人工降雨，但该方法对于某些参数的量化无能为力，无法准确确定作为扰动的上游泥石流的流深和流速分布等参数。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟沟床堆积物在上游泥石流扰动下的起动试验系统，以便模拟和研究泥石流沿程侵蚀造成沟床堆积物的起动规律。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种模拟沟床堆积物在上游泥石流扰动下的起动试验系统，包括物源箱、对所述物源箱内物源喷水的人工降雨模拟装置、设置在所述物源表层用于模拟泥石流运移作用的上游泥石流运移模拟装置、伸入所述物源箱内使所述物源起动的十字板头剪切流变仪、设置在物源箱内用于监测所述物源内部含水量、土压力和孔隙水压力的多物理量监测系统、以及分别与所述人工降雨模拟装置、上游泥石流运移模拟装置、十字板头剪切流变仪和多物理量监测系统连接的测控系统。

进一步地，所述人工降雨模拟装置包括设置在所述物源箱上方的多个降雨喷头以及通过输水管网与所述降雨喷头连接的水泵。

进一步地，所述上游泥石流运移模拟装置包括设置在所述物源箱内部物源表层的至少一滚筒和设置在物源箱外部的电机，所述滚筒轴心设置筒轴，所述滚筒通过所述筒轴两端设置的牵引线连接于所述电机的电机轴延伸轴。

进一步地，所述滚筒的数量为1-5个，所述滚筒为中空式滚筒，所述滚筒的一端设有滚筒密封口。