一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种山地灾害动力学实验模型设施，具体涉及一种新型泥石流物源溃 坝实验水槽装置及其实现方法。
【背景技术】
[0002] 溃坝和泥石流是重大的自然灾害，严重影响了山区经济的发展，并威胁着人民的 生命和财产安全，同时，它也严重威胁着社会的可持续发展。因此，国家对于山地灾害的研 究十分关注和重视。
[0003] 在实验室条件下，溃坝和泥石流问题的模拟通常会在水槽中进行，水箱和水槽之 间用闸门隔开，水槽中部用泥沙堆料模拟坝体，通过闸门控制水的供给。但是，闸门打开的 瞬间，水箱内水位较高，水流速度很大，流量也较大，随着水箱内的水位降低，水流速度逐渐 减小，流量减小，导致实验条件和真实情况不符;而且，闸门无法做到完全止水，水箱蓄水过 程中，不可避免出现闸门渗水与水槽内的物料混合，引起物料的初始参数变化，从而影响实 验结果;人工开启闸门使实验重复性较差，误差较大，不利于实验顺利快捷的进行。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置及其实现方法，提 高了水流状态与真实情况的符合度，确保实验的顺利进行以及获取准确的水动力学参数。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，包括支架，依次固定在支架上、且首尾相连的 消力池和水槽，安装在消力池内部的溢流装置，安放在支架下方、用于向消力池供水的供水 装置，以及放置在水槽出口、用于盛接泥水的废料池;所述溢流装置将消力池内部空间分隔 为处理区和溢水区，所述处理区内设置有用于调整水流状态的花墙;所述溢流装置包括垂 直焊接于消力池底部的竖向钢板和与该竖向钢板相切焊接的弧形钢板，该弧形钢板为特制 钢板，能够进一步缓解水流速度;所述供水装置包括提供水源的水箱，从水箱内抽水的水 栗，以及经水栗作用后将水箱内的水向消力池输送的软管。
[0006] 优选地，所述花墙为砖砌镂空结构，且其高度高于溢流装置的高度。
[0007] 进一步地，所述软管有三个端口，第一端口与水箱连接，第二端口与水栗连接，第 三端口伸入消力池内，所述第三端口设置有水流开关。
[0008] 优选地，所述第三端口为倒"T"型结构，由于栗入的水流速度较大，该倒"T"型出口 可以调整水流的出口速度及方向，避免水流在垂直方向直接冲击消力池内水面，溅起较大 波纹。
[0009] 进一步地，所述废料池的底侧设置有实验用水排泄管道，且该排泄管道的入口设 置有防止物料流失的过滤网，该过滤网的采用为能够阻止物料中细小颗粒的土工布制作而 成。
[0010] 进一步地，所述水槽倾斜安装在支架上，其倾斜角度为1°~15°，且其侧壁为透明钢 化玻璃。
[0011] 再进一步地，所述实验水槽装置还包括安装在水槽周围的摄像装置。
[0012] 更进一步地，所述实验水槽装置还包括埋设在水槽内的传感器组件，与所述传感 器组件连接的数据采集设备，以及与所述数据采集设备连接的PC机。
[0013] 在上述基础上，本发明提供了该实验水槽装置的实现方法，包括以下步骤： (1)流量标定:通过实验找到水栗压力值与水流量的对应关系； (2 )水槽堆料:在水槽的中部堆料模拟坝体，并在堆料内埋设传感器组； (3) 供水实验:根据步骤（1)找到的水栗压力与水流量的对应关系，调整水栗压力进行 实验，当消力池内处理区的水位超过溢流装置高度时，溢水流入水槽，当水流经过堆料冲击 时，埋设在堆料中的传感器组件采集数据并将数据传输至数据采集设备，同时堆料周围的 摄像装置记录堆料溃决的过程； (4) 重复步骤(2)、（3)，直至所有实验完成。
[0014] 优选地，所述步骤(3)中，所述步骤(3)中，流入废料池内的实验用水通过排泄管道 及时排出后，对留在废料池内的物料进行动力学参数研究。
[0015] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： (1)本发明通过水栗的开关实现水槽内水的供应与断流，可有效防止渗水现象:打开水 栗，水进入消力池内，经过状态调整再溢流进入水槽;关闭水栗，溢流即停止，避免出现渗水 现象。同时，通过调整水栗压力大小，控制进入消力池内水的流量，即可控制溢流进入水槽 内水的流量。
[0016] (2)本发明消力池内设置花墙，实现水流状态调整:从水箱内栗入的水处于紊流状 态，经过花墙孔洞的时候，不能剧烈震荡，花墙使流量均匀分布在进水截面上，减少水流扰 动。
[0017] (3)本发明消力池内溢流装置的设置，使经过花墙溢流的水以较缓的速度流入水 槽，避免溢流直接冲击底板，溅起水花，造成进入水槽内的流量不均匀。
[0018] (4)本发明通过埋设在堆料里的传感器组件和安装在堆料周围的摄像装置实时采 集溃坝过程中的水动力参数和坝体动态形貌，数据准确且全面。
[0019] (5)本发明的废料池设置有实验用水排泄管道和土工布过滤网，既便于实验用水 的及时排除，又防止物料及其中的细小颗粒被水带走，造成物料的级配发生变化，影响物料 力学参数研究的准确性;同时，留在废料池内的物料可以反复利用。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明的侧面示意图。
[0021] 图2为本发明中消力池的内部结构图。
[0022]图3为本发明花墙断面示意图。
[0023] 图4为本发明中传感器组件的分布图。
[0024] 图5为本发明中水流量1.6L/S条件下部分位置的孔隙水压力对比图。
[0025] 图6为本发明中水流量2.OL/s条件下部分位置的孔隙水压力对比图。
[0026] 图7为本发明中水流量1.6L/S条件下部分位置的体积含水量对比图。
[0027] 图8为本发明中水流量2.OL/s条件下部分位置的体积含水量对比图。
[0028] 附图中的部分零部件名称为： 1-支架，2-消力池，3-水槽，4-废料池，5-水箱，6-水栗，7-软管，21-溢水装置，22-花墙， 23-水流开关，41-排泄管道，42-过滤网。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于 下列实施例。 实施例
[0030] 如图1所示，本发明提供了一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，用于模拟研究 不同水流量下溃坝和泥石流的水动力学参数和微观动态形貌，从而得到溃坝和泥石流形成 与水流量的相关性。本发明包括支架1、消力池2、水槽3、废料池4、水箱5、水栗6以及软管7。
[0031] 所述支架1由左至右高度依次递减，以配合消力池2和水槽3的安装和稳固；所述水 栗6通过软管7分别与水箱5、消力池2相连，所述软管7为三通软管，水栗6启动后将水箱5内 的水栗入消力池2内；为了便于安装，所述消力池2的顶部和右侧均为开口结构，右侧与水槽 3焊接，所述消力池2内设置有溢流装置21，该溢水装置21将消力池2内部空间分隔为处理区 和溢水区的，所述处理区内设置有花墙22,水箱5内的水栗入消力池2后，经过花墙22调整， 当处理区的水位高于溢水装置21的高度时发生溢流;所述溢流装置21包括垂直焊接于消力 池2底部的竖向钢板和与该竖向钢板相切焊接的弧形钢板，溢出的水流沿着弧形钢板缓缓 流入水槽3内，水槽3的出口下方安装有盛装泥水的废料池4。
[0032]如图2所示，所述软管7有三个端口，第一端口与水箱5连接，第二端口与水栗6连 接，第三端口伸入消力池2内，所述第三端口设置有水流开关23，该水流开关23为半开状态， 如此可以通过调整水栗6的压力控制进入消力池2内的水流量;而且，所述第三端口为倒"T" 型结构，由于栗入的水流速度较大，该倒"T"型出口可以调整水流的出口速度及方向，避免 水流在垂直方向直接冲击消力池内水面，溅起较大波纹。
[0033] 如图3所示，本实施例中，花墙22为砖砌镂空结构，且花墙22的高度比溢流装置21 高出5~10cm，从水箱内栗入的水处于紊流状态，经过花墙孔洞的时候，不能剧烈震荡，花墙 使流量均匀分布在进水截面上，减少水流扰动；同时溢流装置的特制弧形钢板的设置使经 过花墙溢流的水以较缓的速度流入水槽，避免溢流直接冲击底板，溅起水花，造成进入水槽 内的流量不均匀。
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