[发明专利]模拟堰塞坝形成至溃坝的实验装置和实验方法有效
申请号: | 202010008647.4 | 申请日: | 2020-01-06 |
公开(公告)号: | CN111307411B | 公开(公告)日: | 2021-07-02 |
发明(设计)人: | 牛志攀;陈昆廷;孟楚轲;叶雨健 | 申请(专利权)人: | 四川大学;中国科学院;水利部成都山地灾害与环境研究所 |
主分类号: | G01M10/00 | 分类号: | G01M10/00;G01N33/24 |
代理公司: | 成都虹盛汇泉专利代理有限公司 51268 | 代理人: | 周敏 |
地址: | 610065 四*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 模拟 堰塞坝 形成 至溃坝 实验 装置 方法 | ||
1.一种模拟堰塞坝形成至溃坝的实验装置,其特征在于,包括蓄水箱(1)、向蓄水箱中注水并量取蓄水槽上游来流流量的量水堰(7)、与蓄水箱出口相接的主槽(2)、与主槽侧向相交的支沟(3),以及支架(6);
所述主槽侧壁设置有与支沟衔接的缺口,所述支沟的出口通过衔接板(4)安装在开口处,衔接板上开有与支沟出口外形匹配的水平向缺口,所述衔接板固定在主槽缺口处,使水平缺口位于主槽侧壁的缺口范围内,支沟出口末端架设在衔接板的水平缺口之上,实现与主槽相通;所述支沟上部设置有用于在支沟顶部隔离出独立空间的闸门;所述主槽蓄水箱通过铰链连接,蓄水箱与主槽的衔接处设有沿主槽宽度方向的横向挡板(5-2),主槽底板上沿主槽纵向轴线且垂直于主槽底板的纵向挡板(5-1),横向挡板的一端与蓄水槽的侧壁连接,另一端与纵向挡板的上端连接,横向挡板配套设置有不同长度,不同长度的横向挡板与纵向挡板组合连接,用以调节主槽内的流体通道宽度;
所述支架由位于支沟下方支撑支沟的支沟支架和位于主槽和蓄水箱下方的支撑主槽和蓄水箱的主槽支架组成,各支架均由若干横杆和竖杆依照支沟、主槽所需坡度以及蓄水箱的水平高度可拆卸地相互连接搭建成框架结构而成;
所述衔接板由竖板和支撑竖板的支撑杆构成,所述支撑杆由固定杆、活动杆和底座构成,所述固定杆固定在底座上,活动杆的顶部与竖板固定连接,固定杆和活动杆上沿高程分别设置若干横向贯穿杆体的穿孔,固定杆和活动杆上不同高程的穿孔对应重合后通过螺钉将活动杆和固定杆连接固定,实现竖板的不同高度的调节;
所述衔接板在主槽侧面的安装方式如下:在主槽外侧壁上开口两侧设置有两根竖向的安装条,安装条上开设有与竖板厚度匹配半凹槽,半凹槽与主槽外侧壁面结合形成与竖板匹配的凹槽,两个安装条之间的水平距离与竖板的宽度匹配,竖板两侧边缘从上至下插入凹槽中,实现竖板与主槽侧壁的紧密贴合,也同时提高支沟的安装稳定性;所述支沟出口的底板边缘与主槽的侧壁平齐;
所述支沟支架和主槽支架由若干高度不等的钢管组成,通过钢管卡扣依照所需支撑的支沟的坡度、主槽的坡度以及蓄水槽的高度可拆卸连接安装在对应的支沟、主槽和蓄水槽底部;所述支沟底部和主槽底部分别设置有垂直支沟和主槽底面向下的固定板,将主槽和支沟放在对应的支架上时,所述固定板位于对应支架的横杆沿坡面的上方,通过横杆对固定板的限位,从而对支沟和主槽限位,使支沟和主槽坡向保持稳定。
2.根据权利要求1所述实验装置,其特征在于,主槽侧壁缺口与衔接板之间采用橡胶条密封材料密封以免渗水。
3.基于权利要求1-2中任一权利要求所述实验装置的模拟堰塞坝形成至溃坝的方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)调节支架、衔接板高度以及横向挡板的长度,使主槽、支沟的坡度以及主槽的流体流通道宽度满足实验设定需要;布置摄像机,拍摄土体从支沟滑入主槽(2)并形成堰塞体的全过程;布置摄像机,拍摄堰塞体上下游坡面及顶部受水流侵蚀过程;
(2)在支沟(3)顶部独立空间提前堆积试验所需的土体,关闭闸门使土体保持稳定,在后续试验设定时机将闸门开启使土体从支沟释放,模拟泥石流;
(3)通过水泵向量水堰(7)中注水,控制水泵功率使从量水堰流入蓄水箱(1)中的流量符合试验需求,水流在蓄水箱(1)中稳定后流入主槽(2);
(4)待试验所需流量在主槽(2)稳定后,打开支沟(3)顶部闸门,释放支沟顶部堆放的土体,摄像机拍摄土体滑动轨迹及其在主槽(2)中所形成的堰塞体受水流侵蚀冲刷的过程;
(5)按照实验所需不同主槽坡度、不同支沟坡度、不同上游来流流量重复前序步骤,获取多种不同条件下的堰塞坝形成至溃坝过程的图像和数据,对比分析试验结果。
4.根据权利要求3所述方法,其特征在于,采用matlab将视频数据分解成以帧数为单位的图片数据,计算出泥石流速度、堰塞体高宽、堰塞坝形成至溃坝的时间。
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