0034] 本实施例中，水槽3与地面夹角约为15°，其顶端和底端均是开口结构，水槽的底端 为泥水出口，其顶端为水流入口，为了保证水槽3的稳固，水槽3的底部至少设置有三组支 架;为了便于观测水流状态，水槽3的侧壁采用透明钢化玻璃 为了便于对废料池4内的物料和水进行清理，所述废料池4的底侧设置有实验用水排泄 管道41，且该排泄管道的入口设置有防止物料流失的过滤网42,该过滤网的材质为能够阻 止物料中细小颗粒的土工布;所述排泄管道与实验室的排水系统连接，最终流入实验室内 的沉淀池内，经土工布过滤的固体物料全部留在废料池内，以便进一步研究物料的级配关 系及力学参数，而且可以再次使用。
[0035] 所述实验水槽装置还包括安装在水槽3周围的摄像装置，摄像装置的位置由堆料 位置决定，确保能够对堆料模拟溃坝。
[0036] 所述实验水槽装置还包括埋设在水槽中部的传感器组件，与传感器组件连接的数 据采集设备，以及与该数据采集设备连接的PC机。
[0037] 下面对本发明的实验过程进行详细介绍。
[0038] (1)在泥石流和溃坝模拟实验前先进行水流流量标定，具体方法如下： 设定水栗压力在某个值，往消力池内栗水，水溢流后进水槽流入矩形废料池内，假设栗 水时间为t，该时间段内废料池中收集的清水体积为V，则水槽单位时间内的流量Q=V/t，改 变水栗的压力，重复上述过程，得到不同栗水压力对应的水槽流量对照表，如表1所示；
表1水栗压力与水流量对照表 (2) 流量标定完成后，关闭水栗，清理废料池内的积水;在水槽的中部进彳丁堆料t旲拟现 体，并将孔隙水压力传感器和体积水含量传感器分散埋设在堆料内，同时调整摄像装置的 位置，并处于开启状态;本实施例中，为全面采集溃坝过程中坝体各位置的孔隙压力值，在 泥沙堆料内埋设九个孔隙水压力传感器W1-W9和六个体积含水量传感器Q1-Q6,其具体位置 分布如图4所示； (3) 根据步骤(1)找到的水栗压力与水流量的对照表，开启水栗并调整压力进行溃坝模 拟实验，当水流对堆料产生作用时，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，当堆料完全溃决是关闭水 栗； (4) 重复步骤(2)、（3)，直至所有实验完成。
[0039] 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。
[0040] 最后对采集的数据和溃坝动态视频进行分析，完成溃坝水动力参数与动态形貌的 相关性分析。
[0041 ]本实施例以水流量1.6L/S和2L/S为例，分别模拟堰塞坝渗透破坏和漫顶溢流破坏 两种溃坝模式，具体分析结果如下： 图5和图6为孔隙水压力传感器11、12、15、17在两种破坏模式下的孔隙水压力变化图， 存在明显差异:渗透破坏和漫顶溢流破坏过程中，孔隙水压力明显增大;但对渗透破坏而 言，孔隙水压力增大到最大值后，随着堰塞坝逐渐破坏，孔隙水压力缓慢减小;在漫顶溃决 过程中，孔压达到最大值后，某一时间段内，上游坝体能保持最大孔压，当漫顶溢流导致坝 体后部水头高度急剧下降后，孔压值则迅速减小，坝体其他位置孔压值达到最大值后，由于 水流侵蚀，传感器被冲出，土体被水流带走，可认为这部分土体孔隙水压力值为0。
[0042] 图7和图8为体积含水量传感器Q1、Q2、Q5在两种破坏模式下的体积含水量变化图， 存在明显差异:在渗透破坏过程中，体积含水量有一个急剧增大的过程，然后基本上保持稳 定，当下游坝坡失稳出现滑动之后，土体的渗流条件发生变化，体积含水量也随之变化。对 于漫顶溢流破坏，由于蓄水到破坏的时间较短，土体来不及达到饱和即被水流冲蚀，体积含 水量的变化不规律。
[0043] 本发明通过设计一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，通过调整水栗压力大 小，控制进入消力池内水的流量，而且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，与传统实验水槽相比，增强了实验进行的便利性，增强了水流状态与真实情 况的符合度，提供全面、准确的水动力学数据。
[0044] 上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用 本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的 保护范围之内。
【主权项】
1. 一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，包括支架（1)，依次固定在支 架上、且首尾相连的消力池(2 )和水槽(3 )，安装在消力池内部的溢流装置(21 )，安放在支架 (1)下方、用于向消力池(2)供水的供水装置，以及放置在水槽(3)出口、用于盛接泥水的废 料池(4);所述溢流装置(21)将消力池（2)的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（22);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;所述供水装置包括提供水源的水箱 (5)，从水箱(5)内抽水的水栗(6)，以及经水栗(6)作用后将水箱(5)内的水向消力池(2)输 送的软管(7)。2. 根据权利要求1所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述花 墙(22)为砖砌镂空结构，且其高度高于溢流装置的高度。3. 根据权利要求2所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，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)。4. 根据权利要求3所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述第 三端口为倒"T"型结构。5. 根据权利要求4所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述废 料池(4)的底侧设置有实验用水排泄管道(41)，且该排泄管道(41)的入口设置有防止物料 流失的过滤网（42)。6. 根据权利要求5所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述水 槽(3)倾斜安装在支架(1)上，其倾斜角度为1°~15°，且其侧壁为透明钢化玻璃。7. 根据权利要求6所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述实 验水槽装置还包括安装在水槽(3)周围的摄像装置。8. 根据权利要求7所述的一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置，其特征在于，所述实 验水槽装置还包括埋设在水槽(3)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。9. 权利要求1~8任一项所述的实验水槽装置的实现方法，其特征在于，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。10. 根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种新型泥石流物源溃坝实验水槽装置及其实现方法，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；所述供水装置包括提供水源的水箱，用于抽水的水泵以及用于输送水流的软管。本发明提高了实验过程中水流状态与真实情况的符合度，确保实验的顺利实施以及水力学参数的准确性。
【IPC分类】G09B23/40
【公开号】CN105679167
【申请号】CN201610062629
【发明人】赵高文, 乔建平, 姜元俊, 李倩倩, 李明丽
【申请人】中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月29日