一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台

1.本发明涉及地质灾害模拟测试实验平台技术领域，特别涉及一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台。


背景技术：

2.碎屑流堵河的形成和发生具有隐蔽性和远程性，主要发生在高山峡谷区，人迹罕至，无法到达，很难准确获取灾情信息，难以对物源和隐患点准确识别并开展有效观测。同时，碎屑流灾害事件又具有强大的破坏性，碎屑流爆发时释放的巨大能量往往会破坏仪器，造成观测数据丢失。因此，目前传统的接触式观测设备和技术已不能适应碎屑流灾害的实时观测，导致碎屑流发生过程中的观测数据基本空白。
3.在实验室条件下，现有的碎屑流模拟实验系统主要是模拟碎屑流的运动特性，监测碎屑流的运动、堆积和冲击过程。然而，对碎屑流地震动相关测试试验研究以及堵河过程的模拟研究鲜有报道。同时，现有模拟实验设备由于不能同时调节坡度和运动路径偏转角方向，因此只能模拟不同材料的碎屑流的运动特性，而不能模拟不同形态沟道对碎屑流运动特性的影响，有单次性和不可重复性，且装置装拆困难，不易搬运组装。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台，其能够灵活、准确模拟出各种碎屑流在不同地形约束条件下运动特性以及堵河特性，并获得相应的地震动和冲击力数据。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台，包括：
7.试验模型槽组件，其包括依次设置的料斗槽、滑坡槽和堆积槽；
8.支撑调节装置，其设置在试验模型槽组件后端，用于调节滑坡槽倾斜角度；
9.水平调节装置，其分别与连接滑坡槽和堆积槽连接，用于改变试验模型槽组件的水平角度；
10.参数测量系统，包括强地震波在线监测系统、冲击力感应装置和高速摄像机；所述强地震波在线监测系统设置在试验模型槽组件内，所述冲击力感应装置设置在堆积槽内，所述高速摄像机分别位于试验模型槽组件的前端和侧方，以测量碎屑流运动和堆积形态；
11.数据采集装置，其包括数据采集仪和计算机，所述数据采集仪的输入端通过数据传输线强地震波在线监测系统和冲击力感应装置相连，输出端通过数据传输线与安装有配套软件的计算机相连。
12.进一步地，所述料斗槽和滑坡槽为一体式结构，所述料斗槽与滑坡槽之间设置有用于控制开关的闸门装置。
13.进一步地，所述闸门装置由动力组件和挡板组成，所述挡板上方开孔与动力组件用绳子相连，所述料斗槽与滑坡槽之间开设有用于挡板放置的润滑油导轨。
14.进一步地，所述滑坡槽倾斜的下端两侧切割为倾斜角度，所述滑坡槽在倾斜角度处设有倾斜切割口挡板；当滑坡槽调整设置好的角度时，将相应大小的倾斜切割口挡板用u型夹具固定在滑坡槽上，方便滑坡槽改变坡度的过程与堆积槽相匹配。
15.进一步地，所述支撑调节装置包括龙门式葫芦升降机和框架式支撑底座，龙门式葫芦升降机通过铰链铰接于滑坡槽后端底部，以通过升降调整滑坡槽的坡度。
16.进一步地，所述龙门式葫芦升降机两侧焊接有限位孔，以用于支撑坡度改变后的滑坡槽；所述框架式支撑底座设置为初始角度为15
°
的支撑台，所述框架式支撑底座前端设置有垂直门框结构，所述垂直门框结构与滑坡槽内径大小相匹配。优选的，所述龙门式葫芦升降机安装于滑坡槽后端与框架式支撑底座焊接为一个整体，并将整个支撑调节装置固定于水平硬化地面。
17.进一步地，所述滑坡槽前端底部通过铰接杆铰接于支撑调节装置，以使滑坡槽调节坡度过程中始终与支撑底座铰接。
18.进一步地，所述滑坡槽前端的倾斜切割口挡板尺寸由相应滑坡槽坡度设定，固定在滑坡槽和支撑底座门框结构处。
19.进一步地，所述水平调节装置包括分别在两侧连接堆积槽后端和垂直门框结构的合页链接和全螺纹螺杆链接。
20.进一步地，所述强地震波在线监测系统包括设置在滑坡槽的滑坡槽加速度传感器、设置在滑坡槽与堆积槽之间过渡段的过渡段加速度传感器、以及设置在堆积槽的堆积槽加速度传感器。
21.进一步地，所述冲击力感应装置包括冲击力传感器、用于安装冲击力感应器的钢制冲击挡板，所述堆积槽的内壁多处设有用于安装钢制冲击挡板的对称插槽。
22.本发明的有益效果是：
23.(1)本发明在现有的物理模拟实验功能的基础上，集多功能于一体，即可进行碎屑流堵河的地震动特性和地震波频谱特征研究，亦可进行碎屑流冲击、堵河、运动、堆积全过程动力学、地貌学和沉积学研究。
24.(2)本发明具有组装方便，易于操作，针对性、多因素、全过程、可调节性强的特点，能够模拟不同类型、不同物质结构、不同坡度、不同沟道地形、不同摩擦系数、是否堵河情况下碎屑流运动情况，便于对滑坡碎屑流运动模式进行观察研究。
25.(3)本发明装置简单牢固，装拆操作方便，装置性价比很高，能够以合理的成本实现多功能特征，能够重复实用，很大程度上降低了实验成本。
附图说明
26.图1为本发明提供的一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台的整体结构示意图；
27.图2为本发明提供的一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台的水平调节后装置示意图。
28.附图标记：
29.1.试验模型槽；1
‑
1.料斗槽；1
‑
2.滑坡槽；1
‑2‑
1.闸门；1
‑2‑
2.倾斜切割口挡板；1
‑
3.堆积槽；1
‑3‑
1.堆积槽内壁插槽；
30.2.支撑调节装置；2
‑
1.龙门式葫芦升降装置；2
‑1‑
1.手动葫芦；2
‑1‑
2.铁链；2
‑1‑
3.限位孔；2
‑
2.支撑底座；2
‑2‑
1.固定横梁；2
‑2‑
2.垂直门框结构；2
‑
3枢接结构；
31.3.水平调节装置；3
‑
1.固定侧合页链接；3
‑
2.水平调节过渡挡板；3
‑
3.全螺纹螺杆链接；
32.4.参数测量系统；4
‑
1.强地震波在线监测系统；4
‑1‑
1.滑坡槽的加速度传感器；4
‑1‑
2.过渡段加速度传感器；4
‑1‑
3.堆积槽加速度传感器；4
‑
2.冲击力感应装置；4
‑2‑
1.冲击力传感器；4
‑2‑
2.钢制冲击挡板；4
‑
3高速摄像机；
33.5.数据采集装置；5
‑
1.数据采集仪；5
‑
2.计算机。
具体实施方式
34.下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.如图1所示，本发明提供了多功能一种多功能新型碎屑流堵河地震动测试平台，包括试验模型槽1、支撑调节装置2、水平调节装置3、参数测量系统4和数据采集系统5。
36.所述的试验模型槽1包括依次连接的料斗槽1
‑
1、滑坡槽1
‑
2、堆积槽1
‑
3。料斗槽用于放置碎屑流模拟材料，后端封闭，前端由闸门1
‑2‑
1控制碎屑流材料向滑坡槽释放，实现碎屑流的模拟启动。本实施例料斗槽1
‑
1和滑坡槽1
‑
2为一整块槽体，由距离料斗槽后端0.6m处的闸门1
‑2‑
1区分开，闸门1
‑2‑
1由内壁插槽和挡板组成；滑坡槽前端两侧切割一定的相同倾斜角度，当滑坡槽调整设置好的角度时，将相应大小的倾斜切割口挡板1
‑2‑
2用u型夹具固定在滑坡槽上，方便滑坡槽改变坡度的过程与堆积槽相匹配；堆积槽的内壁设有多处对称插槽1
‑3‑
1，滑坡槽支撑由支撑滑轮组成，方便水平方向调节。
37.所述支撑调节装置2包括龙门式葫芦升降装置2
‑
1、支撑底座2
‑
2和枢接结构2
‑
3，龙门式葫芦升降装置2
‑
1安装于滑坡槽后端底部与支撑底座2
‑
2焊接固定并固定于水平硬化地面，手动葫芦2
‑1‑
1的升降过程通过铰接杆2
‑1‑
2铰接于滑坡槽1
‑
2后端上部，从而通过葫芦提升滑坡槽的高低实现滑坡坡角的模拟，在龙门式升降装置2
‑
1中部焊接有对称限位孔2
‑1‑
3，将铁棍插入限位孔用于支撑坡度改变后的滑坡槽1
‑
2；支撑底座2
‑
2制作为具有初始倾斜角度15
°
的框架结构，支撑底座2
‑
2下方有固定横梁2
‑2‑
1增加底座的稳定性，在支撑底座2
‑
2的前端设置有垂直门框结构2
‑2‑
2，主要用于对接堆积槽1
‑
3，并且可以用于加固倾斜切割口挡板1
‑2‑
2；当滑坡槽1
‑
2设置坡脚为初始角度15
°
时，滑坡槽1
‑
2整体放置于支撑底座2
‑
2上，当增大坡脚，滑坡槽1
‑
2后端由龙门式葫芦升降装置2
‑
1和支撑底座2
‑
2共同支撑，滑坡槽1
‑
2前端由枢接结构2
‑
3枢接于支撑底座的前端的垂直门框结构2
‑2‑
2，来方便调节滑坡槽1
‑
2的倾斜程度。
38.所述的水平调节装置3包括固定侧合页链接3
‑
1、水平调节过渡挡板3
‑
2和全螺纹螺杆链接3
‑
3。水平调节装置3主要用于连接滑坡槽1
‑
2和堆积槽1
‑
3，同时能够改变水平角度，模拟碎屑流不同运动路径的下运动特征，滑坡槽和支撑调节装置作为一个整体，在固定侧使用两个合页链接3
‑
1链接堆积槽后端和垂直门框结构2
‑2‑
2，使其能够向一侧水平旋转角度；在另一侧同一高度下使用全螺纹螺杆链接3
‑
3固定改变角度后的堆积槽后端和垂直
门框结构2
‑2‑
2，将螺杆中间先拧入螺帽，然后加螺杆从两侧分别插入焊接于滑坡槽1
‑
2和垂直门框结构2
‑2‑
2同一高度下的合页孔中，最后将两个螺帽分别从两头拧紧，由此固定住调节水平角度后的堆积槽1
‑
3。对于水平角度的改变导致底部和侧面的空隙，用每个水平角度相应设置的水平调节过渡挡板3
‑
2填充，并用uu型夹具固定。
39.所述的参数测量系统4包括强地震波在线监测系统4
‑
1、冲击力感应装置4
‑
2和高速摄像机4
‑
3。强地震波在线监测系统4
‑
1共采用了3个加速度传感器，分别为滑坡槽的加速度传感器4
‑1‑
1，过渡段加速度传感器4
‑1‑
2，堆积槽加速度传感器4
‑1‑
3，都使用3m强力双面胶固定在模型实验槽外部，用于记录碎屑流堵河动力过程特有震动信号特征；冲击力感应装置4
‑
2固定在堆积槽内壁插槽1
‑3‑
1中，通过改变挡板位置来测试碎屑流不同运动距离处堵河的冲击强度大小，冲击力感应装置包括冲击力传感器4
‑2‑
1、用于安装冲击力感应器的钢制冲击挡板4
‑2‑
2，钢制冲击挡板4
‑2‑
2具有一定的刚性，其宽50cm、高60cm、厚1.5cm，并且足以拦挡所要研究滑坡体的最大冲击作用，其上装6个呈3*2矩阵布置的冲击力感应器4
‑2‑
1，其中最下一行的冲击力感应器距底板10cm，相邻两行冲击力感应器之间的间距为10cm，相邻两列的冲击力感应器之间的间距为12.5cm，中间一列处于中轴线，均采用螺丝固定。高速摄像机4
‑
3分别为模型槽正前方和正侧方，用于观察碎屑流的运动过程。
40.所述数据采集装置5包括数据采集仪5
‑
1和计算机5
‑
2，数据采集仪5
‑
1的输入端通过数据传输线强地震波在线监测系统4
‑
1和冲击力感应装置4
‑
2相连，输出端通过数据传输线与分别安装有配套软件的计算机5
‑
2相连。
41.本发明通过合理的结构及流程设计，可改变碎屑流材料、坡度、运动路径、阻挡地形等影响因素，实现多变量集于一体的碎屑流模拟研究。与现有的技术相比，本发明对已有的实验平台进行了补充和完善，可开展多功能碎屑流模拟实验，包括山前平地型碎屑流、堵河型碎屑流、运动路径偏转角型碎屑流等，其中最主要的是可进行多种类型碎屑流运动过程的地震动和冲击强度测试试验。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。