[发明专利]一种泥石流遇障碍物沉积规律试验装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及山体滑坡灾害研究领域，主要适用于泥石流冲击河道时与水流、障碍物相互作用等技术领域，并可扩展至其他固体颗粒堆积研究领域，具体涉及一种泥石流遇障碍物沉积规律试验装置及其使用方法。

背景技术

自然灾害研究领域，泥石流对河道的冲击是常见的山区自然灾害之一，它对河工建筑和河床形态、河道内水波形态等均有较大的影响；泥石流在河道冲击过程中沉积规律研究是河流动力学基础研究、河床形态研究、防灾减灾工程施工设计等的重要基础和核心要素。泥石流冲击山区变坡河道沉积规律研究试验是了解与掌握泥石流灾害对山区河道影响及其破坏力递变规律的最有效、且最重要的手段之一。因此，寻求一种可视化的泥石流冲击山区变坡河道沉积规律试验装置，是工程技术人员努力追求的方向，也是对泥石流灾害水下扩散规律和对水域破坏力研究的必要条件。

目前常规的泥石流运动试验装置仅针对其在地面的运动特征及堆积规律，尚未有针对泥石流冲击河道后堆积研究的试验装置，无法对泥石流冲击河道后的瞬时堆积特征、以及砾石沉积河底后长时间尺度迁移规律进行试验分析。因此，本技术方案设计垂向变坡滑道和透明模型槽，并使透明模型槽内保持水体流动，考虑水下障碍物的因素、以及多变坡坡道的影响，模拟泥石流冲击垂直流体时的水下堆积特征；利用超声波测距仪、高速摄像机、微型立体摄像头、自动数码相机和流速计，记录泥石流水下流速、堆积特点、河底形态变化特征，并观测砾石沉积河底后长时间尺度迁移规律、以及泥石流灾害水下扩散规律。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种泥石流遇障碍物沉积规律试验装置及其使用方法，解决了常规泥石流运动模拟试验装置中，无法进行遇障碍物时水下堆积模拟、无法观测泥石流冲击入河道时的水下扩散规律，以及长时间尺度迁移特征的技术问题。

技术方案：为实现上述目的，本发明的泥石流遇障碍物沉积规律试验装置包括：透明模型槽和蓄水箱，所述透明模型槽为下部密封、上部开口的长方体，其相对的两个侧面上分别设置有进水口和出水口，进水口和出水口分别连接蓄水箱；所述透明模型槽上还设置有变坡滑道，变坡滑道与进水口所在的侧面垂直；在透明模型槽内还设置有一排流速计，流速计位于变坡滑道的延长线上，固定于透明模型槽的底部，用于记录模拟试验过程中的水流速度特征；在透明模型槽内还设置有透明空心障碍物，透明空心障碍物位于变坡滑道与出水口之间，空心障碍物内设置有微型立体摄像头，用于记录障碍物四周堆积高度变化特征和顶部的推移质运动特征；在透明模型槽的上方设置有超声波测距仪，用于记录透明模型槽底部地形；在垂直于进水口所在的侧面外部设置有高速摄像机，用于捕捉泥石流冲击透明模型槽后的瞬时堆积和运动特征；在与变坡滑道所在侧面相对的侧面外部设置有自动数码相机，用于记录泥石流冲击水面时正面运动和扩散特征。

其中，变坡滑道上设有变坡滑道阀门，变坡滑道阀门高于透明模型槽的侧面高度，变坡滑道阀门以上为泥石流蓄存区，用于盛放泥石流模拟材料；变坡滑道阀门以下为滑动坡道，在滑动坡道上设置有坡道转轴，用于调整滑动坡道的坡度。

其中，所述超声波测距仪的镜头垂直于变坡滑道，且可沿透明模型槽内的水流方向运动。

其中，所述高速摄像机的镜头垂直于变坡滑道，与透明模型槽内的水位同高。

其中，所述自动数码相机的镜头垂直于变坡滑道，与透明模型槽内水位同高。

本发明还公开了利用上述泥石流遇障碍物沉积规律试验装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)制作泥石流模拟材料：所述泥石流模拟材料包括固体颗粒和液体；

(2)布置和调整试验装置：调整所述变坡滑道上的变坡滑道转轴使其达到预设的变坡角度并固定，关闭变坡滑道阀门；

校核流速计，调整高速摄像机和自动数码相机的高度和镜头方向，使两者高度与透明模型槽内预设的水位高度平齐，镜头垂直于变坡滑道；调整超声波测距仪的镜头方向，使其镜头垂直于变坡滑道；

(3)模拟泥石流冲刷，捕捉相关信息：将预制好的模拟泥石流模拟材料称重，并置入变坡滑道的泥石流存蓄区；打开透明模型槽进水口和出水口的阀门及水泵，调整进水口和出水口的流速，使透明模型槽内达到预设水位并保持不变；

开启超声波测距仪、高速摄像机、微型立体摄像头和自动数码相机；

打开变坡滑道阀门，使泥石流模拟材料流入透明模型槽，并由各观测仪器记录相关各项参数，至该组试验结果；

(4)数据处理和分析