泥石流模拟试验装置及其试验方法与流程

本发明属于地质实验技术领域，具体为泥石流模拟试验装置及其试验方法。

背景技术：

在我国西南山区，雨季频繁爆发的泥石流灾害造成了重大的人员伤害和财产损失，因此对于泥石流的研究尤为迫切。泥石流灾害有着突发且历时短的特点，研究人员难以进行现场研究，因而设计针对性的室内模拟试验装置，以进行不同工况下室内模拟试验便成了研究人员共同努力的目标。当前对于泥石流模拟试验装置的考虑主要集中在泥石流形成区、流通区的长度、宽度和倾斜度，沟道物源物理参数以及堆积区交汇角度等。这些试验装置一定程度上还原和模拟了不同条件下的泥石流灾害情况，但其只能模拟泥石流沟道内侧的静态物源，而真实条件下，参与泥石流灾害的物源还包含沟道两侧崩滑物源、坡面物源等。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供一种能够动态模拟泥石流沟道两侧崩滑物源、坡面物源等，为泥石流灾害成因、防治研究提供更为可靠的试验支持。

具体技术方案为：

泥石流模拟试验装置，包括工作台基架、升降漏斗、第一搅拌机、第二搅拌机、第一喇叭状固定漏斗、第二喇叭状固定漏斗、主沟上游沟槽、支沟沟槽、下游沟槽、堆积平台、尾料池、降雨装置；

所述的工作台基架由自上而下四级横板和固定于地基上的纵板组成构成，其中自上而下横板依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级；所述降雨装置固定于I级横板，用于模拟降雨条件；

所述升降漏斗与传送带通过的定滑轮连接；所述第二搅拌机、第一搅拌机、分别固定于Ⅱ和Ⅳ级横板；第二搅拌机、第一搅拌机的出料口分别对接第二喇叭状固定漏斗、第一喇叭状固定漏斗；所述主沟上游沟槽一端口与沟槽汇入口段连接，另一端与第二喇叭状固定漏斗出料口连接；所述沟槽汇入口段还连接支沟沟槽、下游沟槽；所述支沟沟槽另一端与第一喇叭状固定漏斗出料口连接；所述下沟沟槽另一端与堆积平台连接。

所述堆积平台底部有抽拉式底板，底板下为尾料池。

所述主沟上游沟槽、支沟沟槽、下游沟槽的沟槽底部交错相对设置有交错型齿槛在，沟槽两侧安装有轨道，轨道上安装有可移动式物源箱，所述的可移动式物源箱的开口面向沟槽。

所述楼梯与楼梯转角平台连接；所述第二喇叭状固定漏斗、第一喇叭状固定漏斗分别固定于Ⅲ级横板以及固定于楼梯转角平台；所述直梯底部以焊接方式固定于Ⅲ级平台，上部以焊接方式固定于Ⅱ级平台。

实验方法：

1.利用升降漏斗和传送带将一定级配的泥石流物源运至搅拌机进行充分的搅拌均匀。

2.搅拌机在将泥石流物源搅拌匀均后通过第二搅拌机、第一搅拌机排出口将物源分别排至第二喇叭状固定漏斗、第一喇叭状固定漏斗；

3.在主沟上游沟槽和支沟沟槽内两侧设置有可移动式物源箱用于模拟泥石流爆发时带走两侧由于滑坡崩塌或小型面流所产生的动态物源；

4.利用降雨装置和第一喇叭状固定漏斗、第二喇叭状固定漏斗模拟野外降水时泥石流的汇水区域，可通过第一喇叭状固定漏斗、第二喇叭状固定漏斗的出料口阀门，控制模拟泥石流爆发时上游的冲击过程，同时人可站在楼梯观察泥石流冲击过程，

5.最终所冲击下来的物源堆积于堆积平台可用于预测泥石流的危险区范围，再堆积平台其底部的抽拉式底板将物料排入物料回收池以便循环利用起到环保的作用。

本发明提供的泥石流模拟试验装置及其试验方法，设计多个试验沟槽，模拟主沟、支沟情况；并在沟槽内表面设计可移动式交错型齿槛，模拟沟道地形特征；在沟槽两侧设计可移动式物源箱，模拟沟道两侧物源情况；在泥石流模拟试验平台顶部设置自动搅拌机，避免了传统的手工混合物料不均匀产生的误差；降雨模拟装置设计为喇叭状开口，模拟野外泥石流爆发的汇水平台。

本发明提供的泥石流模拟试验装置及其试验方法，可进一步动态模拟泥石流沟道两侧崩塌、滑坡和面流等动储量对该泥石流发生过程的影响以及对危险区范围的影响，从而对泥石流的研究及防治提供有用的支撑。

具有的技术效果：

1、本发明克服了传统试验装置的只能模拟单沟泥石流沟道的局限，增设了多条试验沟槽，不仅能够模拟单沟泥石流，还能够模拟多沟泥石流爆发的现象。

2、在顶部设置搅拌机避免了传统的手工混合物料，即节省时间，又避免了手工混合不均匀的导致的试验误差。

3、在沟道底部设置交错型齿槛模拟沟道地形条件，能够在一定程度上传统沟槽不能模拟地形条件带来的试验误差。

4、在顶部设置水源喷头模拟降雨条件，并将降雨装置设置为喇叭状开口可模拟野外泥石流爆发的汇水平台。

5、在沟槽两侧设置可移动式物源箱模拟沟道两侧崩塌、滑坡和面流等动储物模拟泥石流爆发过程带走两侧动储物的过程，能够进一步促进模拟泥石流爆发过程。

6、在堆积平台下设置尾料池收集废料循环利用废料，起到降低成本和环保作用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的沟槽立体结构示意图；

图3是本发明的沟槽俯视结构示意图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

如图1所示，该装置中工作台基架1由自上而下四级横板和固定于地基上的独立的纵板组成构成，其中自上而下横板依次为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，所述横板与纵板由不锈钢材料组成，接触部位连接方式为焊接；所述升降漏斗2与传送带3通过的定滑轮连接，利用传送带3提供动力，减少人为工作量并实现水平或垂直方向的移动起到运输物料的作用；所述第二搅拌机40、第一搅拌机4底部通过大型螺钉、螺帽分别固定于Ⅱ和Ⅳ级横板，用于搅拌物料，搅拌机设置排料口，可以减少试验人工工作量；所述第二喇叭状固定漏斗50、第一喇叭状固定漏斗5分别以螺钉、螺帽连接方式固定于Ⅲ级横板以及固定于楼梯转角平台6，漏斗左侧具有出料口，可通过漏斗阀门控制排料；所述楼梯转角平台(6)用于连接楼梯13，同时用于固定第一喇叭状固定漏斗5；所述主沟上游沟槽7和支沟沟槽8以及下游沟槽10均由有机玻璃制成，主沟上游沟槽7一端口与沟槽汇入口段9通过玻璃胶连接，另一端与第二喇叭状固定漏斗50出料口连接；所述支沟沟槽8另一端与第一喇叭状固定漏斗5出料口连接；所述沟槽汇入口段9用于连接主沟上游沟槽7、支沟沟槽8、下游沟槽10，连接材料为玻璃胶，防止汇入口漏水；所述下沟沟槽10一端口与沟槽汇入口段9通过玻璃胶连接，另一端与堆积平台11连接；所述堆积平台11用于泥石流范围预测，其底部有抽拉式底板，可以将抽拉式底板抽出将物料排入尾料池12；所述尾料池12位于堆积平台11下方，作用是收集废料循环利用；所述楼梯13与楼梯转角平台6连接，用于泥石流观测和方便试验操作和维修；所述直梯14为不锈钢材料制成，底部以焊接方式固定于Ⅲ级平台，上部以焊接方式固定于Ⅱ级平台，用于搅拌机操作和试验观测，并且方便设备维护；所述降雨装置15固定于I级横板，用于模拟降雨条件；所述平台支撑柱16用于支撑搅拌池、漏斗等重物，增强平台稳定性。

如图2和图3所示，所述交错型齿槛17交错相对设置在主沟上游沟槽7、支沟沟槽8、下游沟槽10的沟槽底部，在一定程度上模拟泥石流沟道的地形，减小试验误差；所述轨道18用于控制可移动式物源箱的移动，沟槽的两侧利用轨道原理设置可移动式物源箱19，其开口面向沟槽，用于模拟沟道两侧滑坡、崩塌和面流等动储物量。

实验方法：

1.利用升降漏斗2和传送带3将一定级配的泥石流物源运至搅拌机4进行充分的搅拌均匀；

2.搅拌机4在将泥石流物源搅拌匀均后通过第二搅拌机40、第一搅拌机4排出口将物源分别排至第二喇叭状固定漏斗50、第一喇叭状固定漏斗5；

3.在主沟上游沟槽7和支沟沟槽8内两侧设置有可移动式物源箱19用于模拟泥石流爆发时带走两侧由于滑坡崩塌或小型面流所产生的动态物源；

4.利用降雨装置15和第一喇叭状固定漏斗5、第二喇叭状固定漏斗50模拟野外降水时泥石流的汇水区域，可通过第一喇叭状固定漏斗5、第二喇叭状固定漏斗50的出料口阀门，控制模拟泥石流爆发时上游的冲击过程，同时人可站在楼梯13观察泥石流冲击过程；

5.最终所冲击下来的物源堆积于堆积平台11可用于预测泥石流的危险区范围，再堆积平台11其底部的抽拉式底板将物料排入物料回收池12以便循环利用起到环保的作用。