一種新型泥石流物源潰壩實(shí)驗(yàn)水槽裝置及其實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種山地災(zāi)害動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)施，具體涉及一種新型泥石流物源潰 壩實(shí)驗(yàn)水槽裝置及其實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 潰壩和泥石流是重大的自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響了山區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，并威脅著人民的 生命和財(cái)產(chǎn)安全，同時(shí)，它也嚴(yán)重威脅著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，國(guó)家對(duì)于山地災(zāi)害的研 究十分關(guān)注和重視。
[0003] 在實(shí)驗(yàn)室條件下，潰壩和泥石流問(wèn)題的模擬通常會(huì)在水槽中進(jìn)行，水箱和水槽之 間用閘門(mén)隔開(kāi)，水槽中部用泥沙堆料模擬壩體，通過(guò)閘門(mén)控制水的供給。但是，閘門(mén)打開(kāi)的 瞬間，水箱內(nèi)水位較高，水流速度很大，流量也較大，隨著水箱內(nèi)的水位降低，水流速度逐漸 減小，流量減小，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)條件和真實(shí)情況不符;而且，閘門(mén)無(wú)法做到完全止水，水箱蓄水過(guò) 程中，不可避免出現(xiàn)閘門(mén)滲水與水槽內(nèi)的物料混合，引起物料的初始參數(shù)變化，從而影響實(shí) 驗(yàn)結(jié)果;人工開(kāi)啟閘門(mén)使實(shí)驗(yàn)重復(fù)性較差，誤差較大，不利于實(shí)驗(yàn)順利快捷的進(jìn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種新型泥石流物源潰壩實(shí)驗(yàn)水槽裝置及其實(shí)現(xiàn)方法，提 高了水流狀態(tài)與真實(shí)情況的符合度，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行以及獲取準(zhǔn)確的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下： 一種新型泥石流物源潰壩實(shí)驗(yàn)水槽裝置，包括支架，依次固定在支架上、且首尾相連的 消力池和水槽，安裝在消力池內(nèi)部的溢流裝置，安放在支架下方、用于向消力池供水的供水 裝置，以及放置在水槽出口、用于盛接泥水的廢料池;所述溢流裝置將消力池內(nèi)部空間分隔 為處理區(qū)和溢水區(qū)，所述處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有用于調(diào)整水流狀態(tài)的花墻;所述溢流裝置包括垂 直焊接于消力池底部的豎向鋼板和與該豎向鋼板相切焊接的弧形鋼板，該弧形鋼板為特制 鋼板，能夠進(jìn)一步緩解水流速度;所述供水裝置包括提供水源的水箱，從水箱內(nèi)抽水的水 栗，以及經(jīng)水栗作用后將水箱內(nèi)的水向消力池輸送的軟管。
[0006] 優(yōu)選地，所述花墻為磚砌鏤空結(jié)構(gòu)，且其高度高于溢流裝置的高度。
[0007] 進(jìn)一步地，所述軟管有三個(gè)端口，第一端口與水箱連接，第二端口與水栗連接，第 三端口伸入消力池內(nèi)，所述第三端口設(shè)置有水流開(kāi)關(guān)。
[0008] 優(yōu)選地，所述第三端口為倒"T"型結(jié)構(gòu)，由于栗入的水流速度較大，該倒"T"型出口 可以調(diào)整水流的出口速度及方向，避免水流在垂直方向直接沖擊消力池內(nèi)水面，濺起較大 波紋。
[0009] 進(jìn)一步地，所述廢料池的底側(cè)設(shè)置有實(shí)驗(yàn)用水排泄管道，且該排泄管道的入口設(shè) 置有防止物料流失的過(guò)濾網(wǎng)，該過(guò)濾網(wǎng)的采用為能夠阻止物料中細(xì)小顆粒的土工布制作而 成。
[0010] 進(jìn)一步地，所述水槽傾斜安裝在支架上，其傾斜角度為1°~15°，且其側(cè)壁為透明鋼 化玻璃。
[0011] 再進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)水槽裝置還包括安裝在水槽周?chē)臄z像裝置。
[0012] 更進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)水槽裝置還包括埋設(shè)在水槽內(nèi)的傳感器組件，與所述傳感 器組件連接的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以及與所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備連接的PC機(jī)。
[0013] 在上述基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了該實(shí)驗(yàn)水槽裝置的實(shí)現(xiàn)方法，包括以下步驟： (1)流量標(biāo)定:通過(guò)實(shí)驗(yàn)找到水栗壓力值與水流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系； (2 )水槽堆料:在水槽的中部堆料模擬壩體，并在堆料內(nèi)埋設(shè)傳感器組； (3) 供水實(shí)驗(yàn):根據(jù)步驟（1)找到的水栗壓力與水流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系，調(diào)整水栗壓力進(jìn)行 實(shí)驗(yàn)，當(dāng)消力池內(nèi)處理區(qū)的水位超過(guò)溢流裝置高度時(shí)，溢水流入水槽，當(dāng)水流經(jīng)過(guò)堆料沖擊 時(shí)，埋設(shè)在堆料中的傳感器組件采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)采集設(shè)備，同時(shí)堆料周?chē)?攝像裝置記錄堆料潰決的過(guò)程； (4) 重復(fù)步驟(2)、（3)，直至所有實(shí)驗(yàn)完成。
[0014] 優(yōu)選地，所述步驟(3)中，所述步驟(3)中，流入廢料池內(nèi)的實(shí)驗(yàn)用水通過(guò)排泄管道 及時(shí)排出后，對(duì)留在廢料池內(nèi)的物料進(jìn)行動(dòng)力學(xué)參數(shù)研究。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果： (1)本發(fā)明通過(guò)水栗的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)水槽內(nèi)水的供應(yīng)與斷流，可有效防止?jié)B水現(xiàn)象:打開(kāi)水 栗，水進(jìn)入消力池內(nèi)，經(jīng)過(guò)狀態(tài)調(diào)整再溢流進(jìn)入水槽;關(guān)閉水栗，溢流即停止，避免出現(xiàn)滲水 現(xiàn)象。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整水栗壓力大小，控制進(jìn)入消力池內(nèi)水的流量，即可控制溢流進(jìn)入水槽 內(nèi)水的流量。
[0016] (2)本發(fā)明消力池內(nèi)設(shè)置花墻，實(shí)現(xiàn)水流狀態(tài)調(diào)整:從水箱內(nèi)栗入的水處于紊流狀 態(tài)，經(jīng)過(guò)花墻孔洞的時(shí)候，不能劇烈震蕩，花墻使流量均勻分布在進(jìn)水截面上，減少水流擾 動(dòng)。
[0017] (3)本發(fā)明消力池內(nèi)溢流裝置的設(shè)置，使經(jīng)過(guò)花墻溢流的水以較緩的速度流入水 槽，避免溢流直接沖擊底板，濺起水花，造成進(jìn)入水槽內(nèi)的流量不均勻。
[0018] (4)本發(fā)明通過(guò)埋設(shè)在堆料里的傳感器組件和安裝在堆料周?chē)臄z像裝置實(shí)時(shí)采 集潰壩過(guò)程中的水動(dòng)力參數(shù)和壩體動(dòng)態(tài)形貌，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且全面。
[0019] (5)本發(fā)明的廢料池設(shè)置有實(shí)驗(yàn)用水排泄管道和土工布過(guò)濾網(wǎng)，既便于實(shí)驗(yàn)用水 的及時(shí)排除，又防止物料及其中的細(xì)小顆粒被水帶走，造成物料的級(jí)配發(fā)生變化，影響物料 力學(xué)參數(shù)研究的準(zhǔn)確性;同時(shí)，留在廢料池內(nèi)的物料可以反復(fù)利用。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的側(cè)面示意圖。
[0021] 圖2為本發(fā)明中消力池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖3為本發(fā)明花墻斷面示意圖。
[0023] 圖4為本發(fā)明中傳感器組件的分布圖。
[0024] 圖5為本發(fā)明中水流量1.6L/S條件下部分位置的孔隙水壓力對(duì)比圖。
[0025] 圖6為本發(fā)明中水流量2.OL/s條件下部分位置的孔隙水壓力對(duì)比圖。
[0026] 圖7為本發(fā)明中水流量1.6L/S條件下部分位置的體積含水量對(duì)比圖。
[0027] 圖8為本發(fā)明中水流量2.OL/s條件下部分位置的體積含水量對(duì)比圖。
[0028] 附圖中的部分零部件名稱(chēng)為： 1-支架，2-消力池，3-水槽，4-廢料池，5-水箱，6-水栗，7-軟管，21-溢水裝置，22-花墻， 23-水流開(kāi)關(guān)，41-排泄管道，42-過(guò)濾網(wǎng)。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明的實(shí)施方式包括但不限于 下列實(shí)施例。 實(shí)施例
[0030] 如圖1所示，本發(fā)明提供了一種新型泥石流物源潰壩實(shí)驗(yàn)水槽裝置，用于模擬研究 不同水流量下潰壩和泥石流的水動(dòng)力學(xué)參數(shù)和微觀動(dòng)態(tài)形貌，從而得到潰壩和泥石流形成 與水流量的相關(guān)性。本發(fā)明包括支架1、消力池2、水槽3、廢料池4、水箱5、水栗6以及軟管7。
[0031] 所述支架1由左至右高度依次遞減，以配合消力池2和水槽3的安裝和穩(wěn)固；所述水 栗6通過(guò)軟管7分別與水箱5、消力池2相連，所述軟管7為三通軟管，水栗6啟動(dòng)后將水箱5內(nèi) 的水栗入消力池2內(nèi)；為了便于安裝，所述消力池2的頂部和右側(cè)均為開(kāi)口結(jié)構(gòu)，右側(cè)與水槽 3焊接，所述消力池2內(nèi)設(shè)置有溢流裝置21，該溢水裝置21將消力池2內(nèi)部空間分隔為處理區(qū) 和溢水區(qū)的，所述處理區(qū)內(nèi)設(shè)置有花墻22,水箱5內(nèi)的水栗入消力池2后，經(jīng)過(guò)花墻22調(diào)整， 當(dāng)處理區(qū)的水位高于溢水裝置21的高度時(shí)發(fā)生溢流;所述溢流裝置21包括垂直焊接于消力 池2底部的豎向鋼板和與該豎向鋼板相切焊接的弧形鋼板，溢出的水流沿著弧形鋼板緩緩 流入水槽3內(nèi)，水槽3的出口下方安裝有盛裝泥水的廢料池4。
[0032]如圖2所示，所述軟管7有三個(gè)端口，第一端口與水箱5連接，第二端口與水栗6連 接，第三端口伸入消力池2內(nèi)，所述第三端口設(shè)置有水流開(kāi)關(guān)23，該水流開(kāi)關(guān)23為半開(kāi)狀態(tài)， 如此可以通過(guò)調(diào)整水栗6的壓力控制進(jìn)入消力池2內(nèi)的水流量;而且，所述第三端口為倒"T" 型結(jié)構(gòu)，由于栗入的水流速度較大，該倒"T"型出口可以調(diào)整水流的出口速度及方向，避免 水流在垂直方向直接沖擊消力池內(nèi)水面，濺起較大波紋。
[0033] 如圖3所示，本實(shí)施例中，花墻22為磚砌鏤空結(jié)構(gòu)，且花墻22的高度比溢流裝置21 高出5~10cm，從水箱內(nèi)栗入的水處于紊流狀態(tài)，經(jīng)過(guò)花墻孔洞的時(shí)候，不能劇烈震蕩，花墻 使流量均勻分布在進(jìn)水截面上，減少水流擾動(dòng)；同時(shí)溢流裝置的特制弧形鋼板的設(shè)置使經(jīng) 過(guò)花墻溢流的水以較緩的速度流入水槽，避免溢流直接沖擊底板，濺起水花，造成進(jìn)入水槽 內(nèi)的流量不均勻。
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