矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，是由包括降雨模拟装置、模型槽体、数据采集和处理装置、框型支架组合构成；模型槽体是由有机玻璃板组成且坡度可调的上段模型槽、下段模型槽连接构成，上段模型槽底板（10）、下段模型槽底板（11）通过合页（19）连接，上段模型槽侧板（8）、下段模型槽侧板（24）之间由可伸缩柔性橡胶带（23）连接；上段模型槽安装在框型支架上，下段模型槽安装在支撑柱（20）上。本实用新型可以实现不同降雨量的模拟及模拟矿山排土场坡度的调整，并可实现矿山排土场滑坡型泥石流的起动、发展、扩散和堆积过程中的可视化监控和基础数据采集，具有操作安全简便、试验结果可靠的优点。
【专利说明】矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种应用于矿山排土场工程领域中的模拟试验装置，具体涉及一种矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统。
【背景技术】
[0002]矿山排土场是采矿和矿山建设中弃土、石、渣等松散介质的堆积物，排土场滑坡与泥石流是一种常见的地质灾害，排土场在排弃废石土荷载的作用下产生剧烈变形和破坏，遇强降雨可能诱发泥石流，含大量泥沙石块、砂石含水量15?80%的泥石流体在重力作用下沿陡坡和沟谷快速流动，形成一股能量巨大的特殊洪流，可在很短时间内排泄几十万到几百万立方米的物料，对于道路、桥梁、房屋、农田等造成严重灾害，且具有人为性、频发性、一次灾情严重等特点，已成为矿山防灾减灾的热点问题之一。
[0003]当前，对于矿山排土场泥石流形成规律研究，主要还基于突变论的泥石流机理分析，通过建立势函数对矿山排土场泥石流形成、启动、停淤和固结机理进行分析研究，进而制定工程防治措施。但到目前为止，尚没有实验室型的模拟矿山排土场泥石流形成的试验装置
[0004]中国专利申请201320337971.6公布了一种降雨诱发泥石流的可视化离心机模型试验装置，包括离心环境下降雨诱发泥石流研究的远程可调控人工均匀降雨系统和可视化动态测量系统。该系统通过在主控室安装远程压力调节和远程降雨控制系统，在离心机模型槽顶部固定均匀雾化降雨器和储水槽，构成远程可调控人工均匀降雨系统；通过在离心机模型槽顶部安装观测照明、内部安装立体观测数码设备和远程数据采集，构成可视化动态测量系统。该模型试验装置是一种接近实际应力场下研究降雨诱发泥石流宏细观机理的试验工具，可以较好地模拟降雨诱发泥石流启动过程和非恒定泥石流的运动过程，但该装置是针对天然土层的泥石流，未对矿山排土场泥石流启动、运动和堆积过程进行研究。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种用于专门研究矿山排土场滑坡型泥石流启动、运动和堆积过程的矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，能够模拟不同级配矿山排土场、不同降雨量以及不同坡度下矿山排土场滑坡型泥石流的启动、运动和堆积过程，为矿山排土场滑坡型泥石流的预测和防治提供较为准确的试验数据。
[0006]为实现本实用新型的上述目的，本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统采用以下技术方案实现:
[0007]本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统是由包括降雨模拟装置、模型槽体、数据采集和处理装置、框型支架组合构成。所述模型槽体是由有机玻璃板组成且坡度可调的上段模型槽、下段模型槽连接构成，上段模型槽底板、下段模型槽底板通过合页连接，上段模型槽侧板、下段模型槽侧板之间由可伸缩柔性橡胶带连接；上段模型槽安装在框型支架上，下段模型槽安装在支撑柱上，下段模型槽的下部位于废料收集池上。[0008]所述的数据采集和处理装置由数码照相装置、量测设备构成，所述的量测设备包括用以模拟矿山排土场内土压力和孔隙水压力测定的土压力盒、孔隙水压力计和数据采集仪、数据终端连接而成，土压力盒、孔隙水压力计位于上段模型槽内的模型土样中；所述的数码照相装置位于上段模型槽之上并安装在框型支架上。
[0009]所述的框型支架由型钢支架、型钢加固撑采用焊接的方式连接为一整体。在型钢支架上设有多个销钉孔，在支撑柱上也设有多个销钉孔，上段模型槽侧板通过销钉安装在型钢支架的销钉孔上，下段模型槽侧板通过销钉安装在支撑柱的销钉孔上，所述的上段模型槽与水平方向沿着合页向上调整的角度为0-25°，所述的下段模型槽与水平方向沿着合页向下调整的角度为0-40°，通过改变销钉的安装高度来模拟矿山排土场坡度的调整。
[0010]所述的降雨模拟装置是由储水槽、软管或钢管、喷头顺序连接构成，在软管或钢管上安装有阀门、流量计，通过调节阀门改变喷头的出水量；所述的喷头位于上段模型槽内的模型土样之上。
[0011]本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统的优点是:能够在室内再现矿山排土场滑坡型泥石流启动、运动和堆积全过程。通过改变颗粒级配，可以模拟不同的矿山排土场。通过调整上段和下段模型槽的倾斜角度，可以模拟现场排土场不同的坡度。通过改变喷头的喷水量，可以实现不同的模拟降雨强度。通过对埋置于模拟土样中的土压力盒和孔隙水压力计进行实时量测，可以掌握矿山排土场滑坡型泥石流的启动机理；通过数码照相装置对泥石流运动过程进行拍摄，可以了解矿山排土场滑坡型泥石流的运动和堆积特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型 矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构主视简图；
[0013]图2为本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构俯视简图；
[0014]图3为图1的A-A剖面图；
[0015]图4为图1的B-B剖面图；
[0016]图5为图1的C-C剖面图。
[0017]附图标记为:1_储水箱；2_阀门；3_流量计；4_阀门；5-喷头；6_软管或钢管；7-型钢加固撑；8_上段模型槽侧板；9_上段模型槽端板；10_上段模型槽底板；11_下段模型槽底板；12-模型土样；13-销钉孔；13'-销钉孔；14_孔隙水压力计；15-土压力盒；16-数据采集仪；17_数据终端；18_型钢支架；19_合页；20_支撑柱；21_废料收集池；22-数码照相装置；23_可伸缩柔性橡胶带；24_下段模型槽侧板；25_有机玻璃加固条。
【具体实施方式】
[0018]为进一步描述本实用新型，下面结合附图和实施例对本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统作进一步详细描述。
[0019]由图1所示的本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构主视简图并结合图2、图3、图4、图5可以看出，本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，它是由包括降雨模拟装置、模型槽体、数据采集和处理装置、框型支架组合构成；所述模型槽体是由有机玻璃板组成且坡度可调的上段模型槽、下段模型槽连接构成。上段模型槽是由上段模型槽侧板8、上段模型槽端板9、上段模型槽底板10采用粘结剂连接在一起；下段模型槽是由下段模型槽底板11、下段模型槽侧板24采用粘结剂连接在一起。上段模型槽底板10、下段模型槽底板11通过合页19连接，上段模型槽侧板8、下段模型槽侧板24之间由可伸缩柔性橡胶带23连接；上段模型槽安装在框型支架上，下段模型槽安装在支撑柱20上，下段模型槽的下部位于废料收集池21上。所述的框型支架是由型钢支架18、型钢加固撑7采用焊接的方式连接为一整体。
[0020]在型钢支架18上设有多个销钉孔13，在支撑柱20上也设有多个销钉孔13、上段模型槽侧板8通过销钉安装在型钢支架18的销钉孔13上，下段模型槽侧板24通过销钉安装在支撑柱20的销钉孔13'上，通过调节销钉的安装高度来改变模拟矿山排土场坡度的调整；所述的上段模型槽与水平方向沿着合页19向上调整的角度为0-25°，所述的下段模型槽与水平方向沿着合页19向下调整的角度为0-40°。
[0021]由图1所示的本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构主视简图看出，所述的降雨模拟装置是由储水槽1、软管或钢管6、喷头5顺序连接构成，在软管或钢管6上安装流量计3，在储水槽1、流量计3之间安装有阀门2，在流量计3与喷头5之间再增设一个阀门4，所述的喷头5位于上段模型槽内的模型土样12之上。储水箱I大小可根据模拟降雨量大小以及降雨时间由计算而得，其位置要高于上段模型槽至少50cm，流量计3在试验之前要进行标定以保证数据的准确和可靠，喷头5应采用雾化喷头。
[0022]由图1所示的本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构主视简图看出，所述的数据采集和处理装置由数码照相装置22、量测设备构成，所述的量测设备包括用以模拟矿山排土场内土压力和孔隙水压力测定的土压力盒15、孔隙水压力计14和数据采集仪16、数据终端17连接而成，土压力盒15、孔隙水压力计14位于上段模型槽内的模型土样12中；所述的数码 照相装置22位于上段模型槽之上并安装在框型支架上。土压力盒15和孔隙水压力计14采集的数据经数据采集仪16传输至数据终端17进行分析处理。
[0023]由图2所示的实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统结构俯视简图看出，为增加上段模型槽、下段模型槽的强度，在上段模型槽的两侧板8之间、在下段模型槽的两侧板24之间还设有有机玻璃加固条25。
[0024]结合上述系统结构，本实用新型矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统的工作过程如下:
[0025]将按级配曲线配制好的矿山排土场土样分层堆积于上段模型槽的后段，同时在适当位置埋入土压力盒15和孔隙水压力计14，并与数据采集仪16和数据终端17连接好，之后根据模拟自然边坡的坡度调整上段模型槽和下段模型槽至合适角度，并用销钉进行固定，向储水箱I内灌入自来水，并将数码照相设备22固定在框型支架的上段模型槽上方适当位置；然后根据模拟降雨量大小调整阀门2和阀门4开关，让储水箱I内的水通过软管或钢管6以及喷头5喷洒至模型土样12的上方，试验至此正式开始；之后，持续向模型土样12喷洒水，并观测和记录排土场泥石流的运动规律以及启动过程中内部土压力和孔隙水压力的变化规律，同时记录模拟矿山排土场泥石流的运动和堆积范围、厚度等参数；最后，根据上述数据和参数的组合分析，即可得到模拟矿山排土场滑坡型泥石流的启动、运动和堆积规律，为矿山排土场泥石流的防治措施提出提供依据。
【权利要求】
1.一种矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，其特征在于:它是由包括降雨模拟装置、模型槽体、数据采集和处理装置、框型支架组合构成；所述模型槽体是由有机玻璃板组成且坡度可调的上段模型槽、下段模型槽连接构成，上段模型槽底板(10 )、下段模型槽底板(11)通过合页(19)连接，上段模型槽侧板(8)、下段模型槽侧板(24)之间由可伸缩柔性橡胶带(23)连接；上段模型槽安装在框型支架上，下段模型槽安装在支撑柱(20)上，下段模型槽的下部位于废料收集池(21)上。
2.如权利要求1所述的矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，其特征在于:所述的数据采集和处理装置由数码照相装置(22)、量测设备构成，所述的量测设备包括用以模拟矿山排土场内土压力和孔隙水压力测定的土压力盒(15)、孔隙水压力计(14)和数据采集仪(16)、数据终端(17)连接而成，土压力盒(15)、孔隙水压力计(14)位于上段模型槽内的模型土样(12)中；所述的数码照相装置(22)位于上段模型槽之上并安装在框型支架上。
3.如权利要求2所述的矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，其特征在于:所述的框型支架由型钢支架(18)、型钢加固撑(7)采用焊接的方式连接为一整体。
4.如权利要求3所述的矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，其特征在于:在型钢支架(18)上设有多个销钉孔(13)，在支撑柱(20)上也设有多个销钉孔(133，上段模型槽侧板(8)通过销钉安装在 型钢支架(18)的销钉孔(13)上，下段模型槽侧板(24)通过销钉安装在支撑柱(20)的销钉孔(133上，所述的上段模型槽与水平方向沿着合页19向上调整的角度为0-25°，所述的下段模型槽与水平方向沿着合页19向下调整的角度为0-40°。
5.如权利要求1、2、3、或4所述的矿山排土场滑坡型泥石流模拟试验系统，其特征在于:所述的降雨模拟装置是由储水槽(I)、软管或钢管(6)、喷头(5)顺序连接构成，在软管或钢管(6)上安装有阀门(4)、流量计(3)，所述的喷头(5)位于上段模型槽内的模型土样(12)之上。
【文档编号】G01M10/00GK203772517SQ201420149971
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】王运敏, 孙玉永, 孙其国, 黄礼富, 张春 申请人:中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司