尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置的制作方法

本实用新型涉一种的尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置。

背景技术：

尾矿库是一种特殊的工业建筑物，也是一座具有高势能的人造泥石流巨大危险源，因其存在溃坝危险，给下游带来灾难性的伤害，所以尾矿库是矿山安全生产的头等问题。针对尾矿库的安全问题国内外许多科学研究机构为解决泥石流动力学试验研究问题，相继建立了泥石流试验装置。现有的泥石流试验装置虽在一定程度上推进了泥石流流体力学研究及加深了泥石流运动机理的认识，但还存在一些局限性和不足之处：

(1)现有的泥石流试验装置所考虑的是将泥石流作循环处理，或者是用水冲击所研究的准泥石流体，侧重于模拟泥石流没有可盛泥浆的尾矿池，不能模拟尾矿坝库内泥浆一次性溃决的现象；

(2)现有的泥石流试验装置只是将流动沟槽两侧设计为透明钢化玻璃，但不能实现从流动沟槽的底面观察泥石流颗粒在流动沟槽内的运动规律；

(3)现有的泥石流试验装置不能调节溃口的宽度，从而不能模拟不同溃口宽度的溃坝模拟实验；

(4)现有的泥石流试验装置不能调节流动沟槽的坡度，从而不能模拟下游台阶状地形的试验；

(5)现有的泥石流试验装置不能实现多种弯度或者自由弯度调节情况下的泥石流流态试验。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置，以解决上述背景技术中泥石流试验装置所存在的问题。

本实用新型提供的尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置，包括：尾矿库、下游冲沟、观测系统、坡度调节装置、压力测试装置和弯度调节装置；其中，

尾矿库包括上游库区、闸门装置和闸门提升装置，上游库区具有溃口，闸门装置设置溃口上，闸门装置包括第一闸门和厚度小于第一闸门的第二闸门，第一闸门相对于第二闸门位于上游库区的内侧，在第二闸门固定在溃口上，且在第二闸门上开设有泥浆出口；闸门提升装置包括提升杆、气缸和配电箱，配电箱通过电线与气缸连接，气缸位于第一闸门的上方，且与提升杆的一端连接，提升杆的另一端与第一闸门连接；

下游冲沟的一端与泥浆出口连通，下游冲沟包括至少两个间隔设置的透明凹槽，每个透明凹槽包括透明底板和分别固定在透明底板两侧的透明侧板；

压力测试装置包括连接杆、压力传感器、透明的固定框架和透明的支撑板，支撑板固定在透明底板的底部，固定框架包括一体结构的横梁和位于横梁两端的两个支架，横梁位于透明凹槽的顶部，两个支架固定在支撑板上，且位于透明凹槽的外部，连接杆的一端与横梁固定，另一端与设置在透明底板上的压力传感器固定；

弯度调节装置设置在相邻的两个透明凹槽之间，每个弯度调节装置包括旋转上板、旋转下板和四个U型卡扣，四个U型卡扣分别卡固在相邻的两个透明凹槽中每个透明侧板相互靠近的一端，四个U型卡扣分别与各自卡固的透明侧板之间留有空隙，在每个U型卡扣的侧壁上均固定连接有外盒，每个外盒的底部封闭、顶部开口形成内腔，在每个外盒形成的内腔的底部固定有立柱，在相邻的两个透明凹槽中，一个透明凹槽的两个立柱分别缠绕有透明软胶，两个透明软胶的自由端分别通过空隙缠绕在离各自最近的另一个透明凹槽的立柱上，以及，旋转上板与旋转下板通过短轴连接，旋转上板固定在一个透明凹槽的两个U型卡扣的顶部，而旋转下板固定在另一个透明凹槽的两个U型卡扣的底部，且覆盖在两个透明凹槽的透明底板上；

坡度调节装置设置在透明凹槽的底部，每个坡度调节装置包括支架和支撑底板，支架包括四根圆管，在每根圆管上分别沿长度方向开设有滑槽，相邻的两根圆管之间通过横梁固定连接；支撑底板支撑在透明底板的底部，在支撑底板的四个角部分别设置有用于在滑槽内滑动的滑块，在四根圆管上分别套设有用于卡固滑块位置的抱箍；

观测系统包括计算机和至少三个摄像机，计算机包括视频采集卡，视频采集卡通过视频线与摄像机连接，摄像机的镜头覆盖透明侧板的正面与透明底板的底面以及上游库区。

此外，优选的结构是，在第二闸门上位于泥浆出口的位置设置有调节板，通过调节板的移动或转动调节泥浆出口的大小。

另外，优选的结构是，在横梁上设置有卡槽，透明侧板的顶端卡入该卡槽内。

再者，优选的结构是，尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置还包括泥浆回收池，泥浆回收池与下游冲沟的另一端连通。

此外，优选的结构是，透明侧板、透明底板、支撑板、支架均为透明的硬质固体。

此外，优选的结构是，透明侧板、透明底板、支撑板、支架均为钢化玻璃、金刚石、石英或硬质塑料。

另外，优选的结构是，旋转上板与旋转下板为圆盘结构，短轴的两端连接在两个圆盘的圆心处。

再者，优选的结构是，在每个立柱上套设有圆筒，透明软胶缠绕在圆筒上。

与现有技术相比，本实用新型能够取得的技术效果如下：

(1)本装置可模拟尾矿库溃坝泥石流在下游冲沟内的流态演进过程和对下游冲击距离和破坏程度；

(2)本装置可实现上游库区的坡度变化，可模拟不同上游库区坡度的尾矿库溃坝的情况；

(3)本装置可实现下游冲沟的坡度变化，也可实现不同台阶情况下的下游冲沟的沟谷情况，此可方便地模拟尾矿坝下游复杂地形情况的冲击过程；

(4)本装置的下游冲沟由间隔的透明凹槽组装而成，整个设备安装、搬运较为灵活、方便；

(5)本装置可对尾矿坝不同溃口宽度的溃坝进行模拟，可研究尾矿坝不同溃口宽度溃坝后的冲击情况；

(6)下游冲沟的两侧和底面全部全透明化，可从侧面清晰分析溃坝过程中泥浆的形态和演进过程，可轻松研究任意一个断面的流态，也可从底面观察尾矿颗粒在冲沟底面的运动规律；

(7)本装置的下游冲沟可实现0-90度的弯度调节，可模拟不同弯度条件下，泥石流的运动规律；

(8)本装置的尾矿库坡度调节和下游冲沟坡度调节均采用全自动液压传输方式，大大方便了试验人员的操作；

(9)本装置的闸门采用全自动汽动开启方式，能在短时间内开启闸门，减小了溃坝时，闸门开启速度过慢对泥石流的流动影响；

(10)本装置也可对水坝溃坝或滑坡泥石流进行相似模拟试验，大大拓宽了设备的使用范围。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的尾矿库、下游冲沟与泥浆回收池的位置关系示意图；

图2为根据本实用新型实施例的闸门装置与闸门提升装置的装配示意图；

图3为图2中闸门装置的侧视图；

图4为根据本实用新型实施例的透明凹槽与压力测试装置的装配示意图；

图5为根据本实用新型实施例的弯度调节装置与相邻两个透明凹槽的装配示意图；

图6为图5的局部放大图；

图7为根据本实用新型实施例的旋转上板与旋转下板的另一个角度的配合示意图；

图8为根据本实用新型实施例的坡度调节装置中支撑底板的结构示意图；

图9为根据本实用新型实施例的坡度调节装置中支架与支撑底板结合的结构示意图；

图10为图9中一个圆管的俯视图。

其中的附图标记包括：尾矿库1、第一闸门101、第二闸门102、泥浆出口103、提升杆104、气缸105、配电箱106、边框107、下游冲沟2、透明侧板201、透明底板202、观测系统3、摄像机301、计算机302、支架401、横梁402、支撑板403、压力传感器404、卡槽405、连接杆406、旋转上板501、旋转下板502、U型卡扣503a～503d、外盒504a～504d、立柱505a～505d、透明软胶506、短轴507、穿孔508、泥浆回收池7、支撑底板8、滑块801、圆管9、滑槽901、横梁10、抱箍11。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

本实用新型提供一种尾矿库溃坝泥石流运动机制试验装置，包括：尾矿库、下游冲沟、观测系统、坡度调节装置、压力测试装置和弯度调节装置，尾矿库用于拦截泥石流；下游冲沟作为泥石流的通道，用于控制泥石流的流向；观测系统用于观测泥石流的流态演进过程和对下游的冲击距离和破坏程度；压力测试装置用于测试泥石流对下游冲沟的压力，弯度调节装置用于实现下游冲沟的弯度调节，模拟不同弯度条件下，泥石流的运动规律；坡度调节装置用于调节下游冲沟和/或尾矿库的坡度，模拟下游冲沟复杂地形情况的冲击过程和/或模拟不同坡度的尾矿库溃坝的情况。

图1示出了尾矿库与下游冲沟的位置关系图，尾矿库1位于下游冲沟2的上游，即下游冲沟2的一端与尾矿库1的溃口连通。优选地，在下游冲沟2的下游设置有泥浆回收池7，即下游冲沟2的另一端与泥浆回收池7连通，泥浆回收池7用于回收泥石流。从图1中还可以看出，观测系统3包括至少三台摄像机301和计算机302，计算机302包括视频采集卡，视频采集卡通过视频线与摄像机301连接，摄像机301的镜头至少覆盖下游冲沟的侧部和底部以及尾矿库。

尾矿库包括上游库区、闸门装置和用于打开阀门装置的闸门提升装置，上游库区用于拦截泥石流，上游库区具有溃口，溃口用于释放泥石流，在溃口的边缘设置有边框，闸门装置设置边框上。如图2所示，闸门装置包括第一闸门101和第二闸门102，结合图3，第二闸门102的厚度小于第一闸门101的厚度，第一闸门101相对于第二闸门102位于上游库区的内侧，且设置在边框107上，第一闸门101可以沿着边框107上下滑动，第二闸门102固定在边框107上，且在第二闸门102上开设有泥浆出口103，当打开第一闸门101后，泥石流从泥浆出口103流出。返回图2，闸门提升装置包括提升杆104、气缸105和配电箱106，配电箱106通过电线与气缸105连接，气缸105位于第一闸门101的上方，且与提升杆104的一端连接，提升杆104的另一端与第一闸门101连接；配电箱106为气缸105供电，由气缸105带动提升杆104上升或下降，从而使提升杆104带动第一闸门101打开或关闭上游库区的溃口。

在本实用新型的一个优选实施方式中，在第二闸门102上位于泥浆出口103的位置设置有调节板(图未示出)，调节板可以通过移动或转动的方式调节泥浆出口103的大小，为了更好的模拟溃坝情况，优选地，泥浆出口103为不规则形状，这样，每次移动或转动调节板时，相当于打开不同形状和大小的泥浆出口，从而控制泥石流的流速。

下游冲沟的一端与第二闸门102的泥浆出口103连通，当第一闸门101向上滑动打开泥浆出口103时，泥石流从泥浆出口103流出并流入下游冲沟。

参考图4，下游冲沟包括至少两个间隔设置的透明凹槽，每个透明凹槽包括两个透明侧板201和透明底板202，两个透明侧板201分别固定在透明底板202上，且位于透明底板202的两侧。

从图4中还可以看出，压力测试装置包括连接杆406、压力传感器404、透明的固定框架和透明的支撑板403，支撑板403固定在透明底板202的底部，固定框架包括横梁402和位于横梁402两端的两个支架401，两个支架401与横梁402为一体成型结构，横梁402位于两个透明侧板201的顶部，两个支架401通过螺钉等方式固定在支撑板403上，且位于透明侧板201的外侧，即位于透明凹槽的外部，也就是说，横梁402的长度大于两个透明侧板201之间的距离，连接杆406的一端与横梁402通过螺栓等方式固定，另一端与压力传感器404固定，压力传感器404设置在透明底板202上，压力传感器404用于监测透明凹槽内泥石流所施加的压力。

优选地，在横梁402上设置有两个卡槽405，两个透明侧板201的顶端分别卡入卡槽405内。

弯度调节装置设置在相邻的两个透明凹槽之间，相邻的两个透明凹槽通过弯度调节装置连接在一起，并通过弯度调节装置调节这两个透明凹槽之间的角度。如图5所示，每个弯度调节装置包括旋转上板501、旋转下板502和四个U型卡扣503a～503d，四个U型503a～503d卡扣分别卡固在相邻的两个透明凹槽中每个透明侧板201相互靠近的一端，U型卡扣503a和503b卡固在一个透明凹槽的两个透明侧板上，U型卡扣503c和503d卡固在另一个透明凹槽的两个透明侧板上，在四个U型卡扣503a～503d的侧壁上均固定连接一个外盒，共四个外盒504a～504d，外盒504a和外盒504b连接在一个透明凹槽的外侧，外盒504c和外盒504d连接在另一个透明凹槽的外侧，四个外盒504a～504d均为底部封闭、顶部开口的结构，每个外盒形成一个内腔，在每个外盒形成的内腔的底部固定有立柱，供四个立柱505a～505d，立柱505a的底部与外盒504a的底面焊接，立柱505b的底部与外盒504b的底面焊接，立柱505c的底部与外盒504c的底面焊接，立柱505d的底部与外盒504d的底面焊接。在立柱505a和505b上分别缠绕有透明软胶506，立柱505a上缠绕的透明软胶506的自由端通过空隙缠绕在立柱505c上，而立柱505b上缠绕的透明软胶506的自由端通过空隙缠绕在立柱505d上。结合图7，旋转上板501位于旋转下板502的上方，旋转上板501与旋转下板502通过短轴507连接，通过短轴507实现旋转上板501与旋转下板502的转动，旋转上板501固定在两个U型卡扣503a和503b的顶部，而旋转下板502固定在U型卡扣503c和503d的底部，且旋转下板502覆盖在两个透明凹槽的透明底板202上，与两个透明凹槽的透明底板202接触，也就是说，一个透明凹槽固定旋转上板501，另一个透明凹槽固定旋转下板502，从而实现两个透明凹槽之间的角度调节；此处，旋转下板502起到两个作用，一个作用是连接两个透明凹槽的透明底板202，防止泥石流流出下游冲沟，另一个作用是与旋转上板501配合旋转，从而调节所连接的透明凹槽相对于另一个透明凹槽的角度。

在本实用新型的一个优选实施方式中，旋转上板501与旋转下板502均为圆盘结构，短轴的两端分别与两个圆盘的圆心连接，在调节相邻的两个透明凹槽的角度时，两个圆盘的位置不会发生偏移。

图6为图5的局部放大图，示出了U型卡扣503b与透明侧板201的配合，其它三个U型卡扣与各自配合的透明侧板同理。

U型卡扣503b与透明侧板201卡固连接，在U型卡扣503b的侧壁上设置外盒504a，U型卡扣503b与卡固的透明侧板201之间留有空隙，在U型卡扣503b未与透明底板接触的侧壁上和与外盒504a接触的侧壁上分别开设有穿孔508，缠绕在外盒504a内立柱505a上的透明软胶506穿过该穿孔508缠绕在另一个透明凹槽的立柱上，外盒504a起到包裹立柱505a和透明软胶506的作用。

为了减小立柱与透明软胶的摩擦，在立柱上套设有圆筒，透明软胶缠绕在圆筒上，更容易实现透明软胶的收入或拉出。透明软胶与透明侧板的作用相同，但透明软胶的柔性强于透明侧板，因此可以实现透明凹槽之间的角度调节。

坡度调节装置设置在下游冲沟的底部，可以在每个透明凹槽的底部设置一个坡度调节装置，也可以根据实际情况具体确定。

如图8和图9所示，坡度调节装置包括支架和支撑底板8，支撑底板8支撑在透明底板的底部，支撑底板8的水平投影为方形，在支撑底板8的四个角部上分别设置有滑块801；支架包括四根圆管9，四根圆管9的水平投影也为方形，一根圆管与支撑底板8的一个滑块801相对应，相邻的两根圆管之间通过横梁10固定连接，横梁10稳固支架的作用，在每根圆管9上套设有抱箍11；结合图10，在每根圆管9上分别沿长度方向开设有滑槽901，四个滑块801分别在各自对应的滑槽901内滑动，通过调节四个滑块801在滑槽901内的位置来实现支撑底板8的坡度调节，在调节好滑块801的位置后，通过锁紧抱箍11来固定滑块801在滑槽901内的位置，当需要重新调节滑块801的位置时，松开抱箍11即可。

本实用新型中所涉及到的透明侧板、透明底板、支撑板、支架均为透明的硬质固体，具体可以为钢化玻璃、金刚石、石英或硬质塑料等硬质固体，但不限于举出的例子。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。