一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的制作方法

1.本发明涉属于物理力学模型设施领域，具体地说一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置。


背景技术：

2.作为一种重大水旱灾害，近年来滑坡型堰塞坝呈多发、频发态势，其综合风险分析评估与应急处置技术被列为自然灾害防治领域的优先主题。由于滑坡型堰塞坝由崩滑的土石料快速堆积而成，与人工设计、碾压均匀的土石坝相比，堰塞坝材料颗粒分布呈现显著的空间变异性。对于堰塞坝材料而言，由于很难获得现场的监测数据，模型试验成为再现滑坡
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碎屑运动及堆积过程的重要手段之一；但是，目前物理力学模型装置研究尚未考虑碎屑初始启动速率、斜坡形态和河谷性态等堰塞坝形成的关键要素，对堰塞坝的堆积特征、材料分布规律还局限于定性描述。
3.现在的斜坡运动模型，如中国专利cn209087210u公开的一种物理实验用可调式斜坡装置，包括装置底座、可调式斜坡板、带外螺纹的支撑丝杆；可调式斜坡板的左端与装置底座之间采用活动轴保持能够转动的活动连接，可调式斜坡板的中部开有实验滑槽，可调式斜坡板的右端两旁开有调节穿孔；带外螺纹的支撑丝杆为两根，其下端分别固定在装置底座上，带外螺纹的支撑丝杆的下端外侧套有第一弹簧，带外螺纹的支撑丝杆的上端穿过可调式斜坡板的调节穿孔后由旋拧组件调节可调式斜坡板的右侧高度。此结构仅为一个可调节角度的斜坡装置，还需要可改变位置的物料投放装置以及可改变形状的物料堆积装置。
4.因此，如何设计一种结构形式简单的物理模拟试验装置，包括可调节角度的斜坡装置、可改变位置的物料投放装置以及可改变形状的物料堆积装置，能够再现堰塞体材料在斜率运动过程中颗粒筛选分离现象，真实揭露其河谷堆积性态，为测定宽级配土石料颗粒空间分布特征创设条件是一件亟待解决的事情，具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置，通过土石料颗粒在物料箱下落至倾斜槽后斜坡运动特征，再现堰塞体材料滑动过程颗粒运动分离现象，随后，颗粒堆积于不同断面形式的河谷；采用取样测定不同部位颗粒级配和孔隙比，量化宽级配土石料颗粒空间分布特征，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为了达到上述目的，本技术提供如下技术方案。
7.一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置，其包括物料箱、横梁、竖杆、伸缩架、倾斜槽、凹形槽、阻挡板和平台。
8.优选地，所述竖杆固定在平台上，所述横梁通过卡口与竖杆相连，可在竖杆上移动与固定；
9.所述物料箱通过两端卡口与横梁相连，能在水平横梁上移动与固定；
10.所述倾斜槽顶面开敞，末端为活动板，活动板的数量为两块，所述倾斜槽的高端置于物料箱正下方，倾斜槽的高端底部设置有伸缩架，所述倾斜槽的低端底板通过活动铰与凹形槽的一端相连；所述凹型槽的另一端与阻挡板连接；所述阻挡板垂直设置于平台上；
11.所述伸缩架上部可上下调节，使得倾斜槽能绕活动铰进行转动。
12.优选地，所述凹型槽为不对称“u”型结构，所述凹形槽包括左弧板、中铰和右卷叶弧板，左弧板通过活动铰与倾斜槽低端底板连接，中铰固定于平台；右卷叶弧板的一端通过中铰与左弧板相连，右卷叶弧板的另一端与阻挡板连接。
13.优选地，所述左弧板的下方设置有支撑。
14.优选地，右卷叶弧板的另一端通过卡口与阻挡板连接，能通过卡口对右卷叶弧板另一端在阻挡板上的位置进行上下调节与固定。
15.优选地，所述轨道固定在平台上，所述阻挡板下部通过卡口与轨道相衔接，能够沿轨道调节阻挡板水平位置，进而调节凹型槽的右卷叶弧板的形状。
16.优选地，所述物料箱底面为活动板，能够在倾斜槽正上方调节物料箱的水平和竖向位置。
17.优选地，所述倾斜槽侧壁为透明有机玻璃材料，能够进行侧面观测材料在斜坡上运动状态。
18.优选地，所述卡口由主杆、带孔卡板和螺钉构成，所述带孔卡板为一套环结构，固定在主杆上，螺钉通过带孔卡板上的固定孔对主杆和带孔卡板的相对位置进行固定
19.优选地，一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的模拟粒状材料斜坡运动颗粒分离和谷底堆积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
20.步骤1：将粒径40
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60、20
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40、10
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20、5
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10和2
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5的颗粒分别染成红、黄、绿、蓝和紫五种颜色，0.075
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2mm颗粒为白色，按试验级配配置土石料，并将其静置于物料箱中；
21.步骤2：调节物料箱水平和竖向位置至试验数值，并确定倾斜槽坡度；调整倾斜槽、凹形槽和挡板位置，确保土石料能落入倾斜槽，并堆积于凹形槽；架设高速摄像机，调整拍摄角度，确保倾斜槽和凹型槽正面、倾斜槽侧面均能够拍摄清晰影像；
22.步骤3：调节物料箱底板开度，使得土石料落在倾斜槽内，并沿斜坡面运动至凹型槽内，颗粒在坡面运动及谷底堆积的过程和最终稳定形态均需进行拍摄；
23.步骤4：测定堆积土石体最终稳定状态的长、宽、高与坡度空间几何数据，并将堆积土料分隔成不同区块，按照土工试验要求进行取样测定各部分的颗粒级配曲线、孔隙比和密度；
24.步骤5：按照试验所需不同物料箱位置、不同倾斜槽坡度和凹型槽形态重复前述步骤，获取不同条件下堰塞体材料斜坡运动中颗粒分离规律和堆积形态分布特征。
25.优选地，所述步骤4中，采用matlab软件将视频按帧分解图像资料，根据图像中颗粒形态分布分析在斜坡运动中颗粒分离规律和不同尺寸颗粒堆积过程特征；依据测定堆积体外观数据，采用matlab软件建立几何模型，依据kriging理论和试验数据对堆积土石料全模型进行级配参数、孔隙比和密度的空间变异规律计算。
26.相比于现有技术，本发明技术方案具有以下有益效果：
27.1.本发明所提供模拟土石料斜坡运动过程颗粒分离问题的试验装置，物料箱水平和竖向位置、倾斜槽坡度、凹型槽断面形式通过竖杆、横梁、轨道、阻挡板上的卡口均可调
节，将不同粒径颗粒作染色处理，采用高速摄像机能准确、清晰捕捉试验过程，真实再现土石料在不同初始启动条件、倾斜地形和沟谷形式下颗粒运动分离现象和堆积形态分布。
28.2.本发明依据土石料堆积过程及最终形态数据，建立堰塞体空间几何模型；基于kriging理论，采用试验数据进行空间插值分析，全面揭示堰塞体土石料级配参数、孔隙比和密度的空间变异规律。
29.3.本发明所述装置包括可调节角度的斜坡装置倾斜槽、可改变位置的物料投放装置物料箱以及可改变形状的物料堆积装置凹型槽，结构形式简单，搭建方便，试验操作简单、过程耗时短，可模拟工况多，通过倾斜槽、凹形槽、物料箱位置和状态的变化能最大程度再现滑坡碎屑流运动与堆积模式，可广泛应用于开展堰塞体材料运移和沉积室内物理试验模拟。
附图说明
30.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
31.图1为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图；
32.图2为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图a
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a’方向的剖面图；
33.图3为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图a
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a’方向的剖面图的圆圈处的放大图；
34.图4为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置用到的卡口结构主视图。
35.图中：1、物料箱；2、横梁；3、竖杆；4、伸缩架；5、倾斜槽；6、活动铰；7、活动板；8、支撑；9、凹形槽；9
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1、左弧板；9
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2中铰；9
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3、右卷叶弧板；10、阻挡板；11、轨道；12、平台；13、主杆；14、带孔卡板；15、螺钉。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本技术的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本技术的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
37.应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特
性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
38.此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
39.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
40.本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和b的至少一种，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
41.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
42.实施例1
43.本实施例介绍了一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的具体结构。
44.请参考图1和图2，图1为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图，图2为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图a
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a’方向的剖面图，其展示了一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置，其包括物料箱1、横梁2、竖杆3、伸缩架4、倾斜槽5、凹形槽9、阻挡板10和平台12。
45.进一步的，所述竖杆3固定在平台12上，所述横梁2通过卡口与竖杆3相连，可在竖杆上移动与固定；
46.所述物料箱1通过两端卡口与横梁2相连，能在水平横梁上移动与固定；
47.所述倾斜槽5顶面开敞，末端为活动板7，活动板7的数量为两块，所述倾斜槽5的高端置于物料箱1正下方，倾斜槽5的高端底部设置有伸缩架，所述倾斜槽5的低端底板通过活动铰6与凹形槽9的一端相连；所述凹型槽9的另一端与阻挡板10连接；所述阻挡板10垂直设置于平台12上；
48.所述伸缩架4上部可上下调节，使得倾斜槽5能绕活动铰6进行转动。
49.进一步的，所述物料箱1底面为活动板，能够在倾斜槽5正上方调节物料箱1的水平和竖向位置。
50.进一步的，所述倾斜槽5侧壁为透明有机玻璃材料，能够进行侧面观测材料在斜坡上运动状态。
51.本发明所述装置包括可调节角度的斜坡装置倾斜槽5、可改变位置的物料投放装置物料箱1以及可改变形状的物料堆积装置凹型槽9，结构形式简单，搭建方便，试验操作简单、过程耗时短，可模拟工况多，通过倾斜槽5、凹形槽9、物料箱1位置和形状的变化能最大程度再现滑坡碎屑流运动与堆积模式，可广泛应用于开展堰塞体材料运移和沉积室内物理
试验模拟
52.实施例2
53.基于上述实施例1，本实施例主要介绍了一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置中的凹型槽9和阻挡板10的结构。
54.请参考图3，图3为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的立体结构示意图a
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a’方向的剖面图的圆圈处的放大图，其展示了所述凹型槽9为不对称“u”型结构，所述凹形槽9包括左弧板91、中铰92和右卷叶弧板93，左弧板91通过活动铰6与倾斜槽5低端底板连接，中铰92固定于平台12；右卷叶弧板93的一端通过中铰92与左弧板91相连，右卷叶弧板93的另一端与阻挡板10连接。
55.进一步的，所述左弧板91的下方设置有支撑8。
56.进一步的，右卷叶弧板93另一端通过卡口与阻挡板10连接，能通过卡口对右卷叶弧板93另一端在阻挡板10上的位置进行上下调节与固定。
57.进一步的，所述轨道11固定在平台12上，所述阻挡板10下部通过卡口与轨道11相衔接，能够沿轨道11调节阻挡板10水平位置，进而调节凹型槽9的右卷叶弧板93的形状。
58.进一步的，所述的物料箱1、倾斜槽5和凹型槽9三者为整体系统，凹型槽9位置控制物料箱1和倾斜槽5的空间位置。
59.请参考图4，图4为本发明提供的测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置用到的卡口结构主视图，其展示了所述卡口由主杆13、带孔卡板14和螺钉15构成，所述带孔卡板14为一套环结构，固定在主杆13上，螺钉15通过带孔卡板14上的固定孔对主杆13和带孔卡板14的相对位置进行固定。
60.本发明所提供模拟土石料斜坡运动过程颗粒分离问题的试验装置，物料箱1水平和竖向位置、倾斜槽5坡度、凹型槽9断面形式通过竖杆3、横梁2、轨道11、阻挡板10上的卡口均可调节，将不同粒径颗粒作染色处理，采用高速摄像机能准确、清晰捕捉试验过程，真实再现土石料在不同初始启动条件、倾斜地形和沟谷形式下颗粒运动分离现象和堆积形态分布。
61.实施例3
62.基于上述实施例2，本实施例主要介绍了一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的模拟粒状材料斜坡运动颗粒分离和谷底堆积的方法。
63.一种测定堰塞体材料斜坡运动和谷底堆积的试验装置的模拟粒状材料斜坡运动颗粒分离和谷底堆积的方法，其包括以下步骤：
64.步骤1：将粒径40
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60、20
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40、10
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20、5
‑
10和2
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5的颗粒分别染成红、黄、绿、蓝和紫五种颜色，0.075
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2mm颗粒为白色，按试验级配配置土石料，并将其静置于物料箱1中；
65.步骤2：调节物料箱1水平和竖向位置至试验数值，并确定倾斜槽5坡度；调整倾斜槽5、凹形槽9和阻挡板10位置，确保土石料能落入倾斜槽5，并堆积于凹形槽9；架设高速摄像机，调整拍摄角度，确保倾斜槽5和凹型槽9正面、倾斜槽5侧面均能够拍摄清晰影像；
66.步骤3：调节物料箱1底板开度，使得土石料落在倾斜槽5内，并沿斜坡面运动至凹型槽9内，颗粒在坡面运动及谷底堆积的过程和最终稳定形态均需进行拍摄；
67.步骤4：测定堆积土石体最终稳定状态的长、宽、高与坡度空间几何数据，并将堆积土料分隔成不同区块，按照土工试验要求进行取样测定各部分的颗粒级配曲线、孔隙比和
密度；
68.步骤5：按照试验所需不同物料箱1位置、不同倾斜槽5坡度和凹型槽9形态重复前述步骤，获取不同条件下堰塞体材料斜坡运动中颗粒分离规律和堆积形态分布特征。
69.进一步的，所述步骤4中，采用matlab软件将视频按帧分解图像资料，根据图像中颗粒形态分布分析在斜坡运动中颗粒分离规律和不同尺寸颗粒堆积过程特征；依据测定堆积体外观数据，采用matlab软件建立几何模型，依据kriging理论和试验数据对堆积土石料全模型进行级配参数、孔隙比和密度的空间变异规律计算。
70.本发明所提供模拟土石料斜坡运动过程颗粒分离问题的试验装置，物料箱1水平和竖向位置、倾斜槽5坡度、凹型槽9断面形式通过竖杆3、横梁2、轨道11、阻挡板10上的卡口均可调节，将不同粒径颗粒作染色处理，采用高速摄像机能准确、清晰捕捉试验过程，真实再现土石料在不同初始启动条件、倾斜地形和沟谷形式下颗粒运动分离现象和堆积形态分布。
71.本发明依据土石料堆积过程及最终形态数据，建立堰塞体空间几何模型；基于kriging理论，采用试验数据进行空间插值分析，全面揭示堰塞体土石料级配参数、孔隙比和密度的空间变异规律。
72.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。