集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种关于泥石流的模拟试验系统，具体涉及一种集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统。
【背景技术】
[0002]据统计资料表明，中国泥石流活动区域面积已达430万km2，泥石流因其形成过程复杂、爆发突然、流速快，物质容量大、来势凶猛、历时短暂、破坏力强而成为山区经济建设的一大灾害。发生泥石流常常会冲毁公路铁路等交通设施甚至村镇等，造成巨大损失。但是泥石流往往发生在偏远山区，其形成过程和流体结构比较复杂，暴发突然，成灾迅速，难以观测。当前泥石流起动机理研究的重要手段和核心内容之一是进行起动试验。已有很多学者通过物理模拟试验来模拟泥石流的形成，发生、运移和堆积等过程，并且取得了鼓舞人心的结果，为泥石流的形成及运动机理提出了良好的见解，推动了泥石流的研究进展。
[0003]目前就中国泥石流的模拟实验来看，可以分为两种类型:水流冲刷引发泥石流的实验和降雨引发泥石流的实验。对于第一种类型，大多数学者是采用室内物理实验来进行研究，采用直斜式小型泥石流槽模拟河床，供水箱放水模拟降雨产生的径流。比如王兆印和张新玉[发表于《泥沙研究》1989年第2期中的《水库粘性淤积物泄空冲刷的模型试验研究》]开展的试验，在铺满卵石的陡槽上释放不同浓度、不同流量的泥浆或清水，观测卵石在泥浆流作用下的运动，研究泥石流的形成条件和运动规律。张丽萍和唐克丽[发表于《山地学报》1999年第i期中的《泥石流源地松散体起动人工降雨模拟及放水冲刷实验》]以神府-东胜矿区人为泥石流及云南东川蒋家沟自然泥石流为研究对象，采用人工降雨及放水冲刷模拟实验方法，分析了不同类型、不同地区泥石流源地松散体起动条件及泥石流过程。对于第二种类型，中国众多专家学者开展了大量人工降雨诱发泥石流起动试验，包括了室内泥石流起动模拟试验和室外泥石流起动原型试验，但是由于室外实验不够灵活，所以近年来许多学者以室内物理模拟试验为主。比如，高冰等[发表于《岩石力学与工程学报》2011年第12期中的《泥石流启动过程中水土作用机制的宏细观分析》]利用自制小比例模型槽，结合可控降雨强度的降雨模拟器，进行人工降雨诱发泥石流的室内模型试验，着重研究不同降雨强度对砂性泥石流启动下滑过程的影响。通过试验从细颗粒在雨水作用下的运动和流失方面提出了细颗粒是导致堆积土体内部力学变化以及从短暂的流土状态转化为泥石流的主要因素。胡明鉴等[发表于《岩石力学与工程学报》2003年第5期中的《蒋家沟流域暴雨滑坡泥石流共生关系试验研究》]通过大型人工降雨滑坡泥石流试验和小型模型试验，对试验现象进行观测和含水量监测，研究暴雨条件下发生的坡面侵蚀、崩滑现象和由此引发滑坡，滑坡土体转化成泥石流的全过程，揭示了蒋家沟流域特殊环境下的暴雨、滑坡、泥石流共生关系。
[0004]但是上述及现存的泥石流模拟实验装置存在一些问题:(I)对于降雨和水流冲刷引发的两类泥石流，现存的泥石流实验系统只能针对其中一类，不能把二者结合起来进行研究。(2)目前的人工降雨绝大多数的雨强是持续性、均匀性的方式，不能模拟真实的降雨过程。(3)对于和泥石流启动、运移及堆积等一系列过程相关的因素，比如物质组成、颗粒级配、含水状况、水源条件、物源槽、流通槽及堆积板的坡度、糙率等、雨量、雨强、降雨类型、降雨过程等，现存的实验系统也只能针对部分因素。(4)目前的实验系统对于泥石流实验过程中的孔隙水压力和土壤含水量、基质吸力、流量流速及泥石流冲击力等关键参数不能完全有效监测。(5)现存的泥石流模拟装置不能进行泥石流启动、运移和堆积全过程模拟。(6)现行的实验装置对于控制泥石流的完整模拟过程操作不方便，系统化程度不够。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现:
[0007]—种集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统，包括仪器台、供水系统、控制中心、管路及分水系统、接收线路、电磁流量计、导水管、雨滴模拟喷头、雨量传感器、物源槽、孔压计、基质吸力探头、土壤含水率探头、流通槽、流速流量测试装置、冲击力测试装置、堆积板、尾料槽、升降系统和数码采集系统。
[0008]所述仪器台用于放置供水系统和控制中心，抬高物源槽。
[0009]所述供水系统内的水通过导水管进入物源槽，导水管上安装有电磁流量计，用于记录流量，控制中心控制供水系统向物源槽内排水模拟水流冲刷。
[0010]所述管路及分水系统、接收线路、雨滴模拟喷头及雨量传感器共同组成降雨系统，控制中心控制所述降雨系统模拟人工降雨，形成不同雨强、雨量、雨型的模拟；雨量传感器通过接收线路将信息传送到控制中心，实现雨量精确控制。
[0011 ]所述物源槽末端与流通槽相连，流通槽末端与堆积板相连，模拟泥石流通过物源槽，流经流通槽到达堆积板，实现模拟泥石流的启动、运移及堆积完整过程。
[0012]所述升降系统包括一号升降机、二号升降机和三号升降机，通过控制中心分别对所述一号升降机、二号升降机和三号升降机进行控制。其中一号升降机位于物源槽起头，用于改变物源槽的角度，实现不同坡度的泥石流启动实验;二号升降机位于流通槽的末端，实现不同坡度情况下的泥石流运移过程的研究；三号升降机位于堆积板末端，用于模拟不同地形的泥石流堆积实验，实现对泥石流的运动距离，堆积面积进行研究。
[0013]所述电磁流量计、雨量传感器、孔压计、基质吸力探头、土壤含水率探头、流速流量测试装置、冲击力测试装置属于检测系统，检测系统与数码采集系统共同实现对泥石流启动、运移及堆积全过程的实时监测。
[0014]所述数码采集系统包括相机、一号摄像机、二号摄像机和三号摄像机。
[0015]所述仪器台上设有便于到其上进行实验观察的梯子。
[0016]所述尾料槽连接有便于收集实验废料用的导管，方便材料再利用。
[0017]本发明的工作过程:
[0018]槽底通过横梁拦挡和块石铺设增加粗糙度和摩擦阻力，防止土体整体溜滑或垮塌。物源槽、流通槽三周均为带有刻度的有机玻璃，便于试验观测。本发明模拟试验系统可以完成水流冲刷引发泥石流、降雨引发泥石流以及二者共同作用下的泥石流模拟实验。对于和泥石流启动、运移及堆积等一系列过程相关的因素，比如物质组成、颗粒级配、含水状况、水源条件、物源槽、流通槽及堆积板的坡度、糙率等、雨量、雨强、降雨类型、降雨过程等一系列因素进行实验研究。通过控制中心可以控制供水系统向物源槽内放水模拟水流冲刷，从而进行水流冲刷与泥石流启动实验研究。通过控制中心控制降雨系统模拟人工降雨，可以形成不同雨强、雨量、雨型的模拟，从而进行降雨与泥石流启动实验的研究。同时控制供水系统和降雨系统，模拟水流冲刷和降雨同时进行，实现水流冲刷和降雨与泥石流共同作用的实验研究。
[0019]本发明的有益效果是:
[0020]1、能够把降雨和水流冲刷引发的两类泥石流结合起来进行研究，并模拟真实的降雨过程。
[0021]2、对于和泥石流启动、运移及堆积等一系列过程相关的因素，比如物质组成、颗粒级配、含水状况、水源条件、物源槽、流通槽及堆积板的坡度、糙率等、雨量、雨强、降雨类型、降雨过程等，能够很方便地对这些因素进行针对的实验，完整模拟过程系统化程度较高。
[0022]3、对于泥石流实验过程中的孔隙水压力和土壤含水量、基质吸力、流量流速及泥石流冲击力等关键参数能够有效监测，并进行泥石流启动、运移和堆积全过程模拟。
[0023]当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本发明所述集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统的侧视结构示意图；
[0026]图2为本发明所述集泥石流启动、运移与堆积为一体的模拟试验系统的俯视结构示意图；
[0027]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0028]1-仪器台，2-供水系统，3-控制中心，4-梯子，5-管路及分水系统，6_接收线路，7_电磁流量计，8-导水管，9-雨滴模拟喷头，10-雨量传感器，11-物源槽，12-孔压计，13-基质吸力探头，14-土壤含水率探头，15-流通槽，16-流速流量测试装置，17-冲击力测试装置，18-堆积板，19-导管，20