一种碎屑流模拟及动态参数获取实验方法和实验装置与流程

本发明涉及地质研究技术领域，尤其涉及一种碎屑流模拟及动态参数获取实验方法和实验装置。

背景技术：

碎屑流是指在重力作用下沿斜坡向下流动的砂、砾、粘土物质和水的混合物高密度流体。为了对碎屑流运动进行相关研究，本领域一般采用模拟装置进行模拟。现有的模拟方法所采用的装置，一般结构如图1-3所示，采用有机玻璃和PVC 塑料制作滑槽，滑槽包括滑槽前侧板1、滑槽后侧板、滑槽底面板3和转角滑槽组件4，将碎屑流材料置于图1所示滑槽顶部的碎屑流材料放置空间6，拔去螺栓F，使闸板5打开，模拟碎屑流启动、运移和堆积、停积过程，

这种装置有如下缺陷：

（1）受滑槽长度的限制，无法模拟碎屑流运移的高速运动状态。

（2）每次只能实现碎屑流单次释放，碎屑流高度大致固定，无法模拟碎屑流的不同运动速度，解释不清碎屑流发生的多样性。

（3）每次试验时间较短，从碎屑流的启动，运移，到停积过程，往往在1到2秒内就完成，没有充足的时间观察记录试验过程中碎屑流的运动状态和碎屑颗粒的相互作用。

（4）运动状态监测难度较大，由于试验过程较短，无法监测到有效的试验数据，比如碎屑流的运动速度，碎屑流与基底的作用力，碎屑流内部颗粒的相互作用等。

技术实现要素：

本发明的目的之一是提供一种碎屑流模拟及动态参数获取实验装置，改变现有模拟装置实验过程短，监测不便的缺陷，实现碎屑流发生的长时间模拟，表现碎屑流在运移过程中的相互作用机理。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种碎屑流模拟实验装置，包括旋转鼓体，用于驱动所述旋转鼓体的驱动装置，以及用于承载所述旋转鼓体和驱动装置的支架，所述旋转鼓体的后侧面板上设置有进料口，所述旋转鼓体的前侧面板为透明材质，所述驱动装置为驱动轮，所述驱动轮采用电机带动。

本发明采用驱动轮周缘驱动的方式，依靠驱动轮与旋转鼓体摩擦驱动。

作为优选的技术方案：所述透明材质为玻璃钢。

作为优选的技术方案：所述驱动轮为四个，并对称设置于所述支架底部两端，并与所述旋转鼓体相切。

作为优选的技术方案：还设置有同于调节所述驱动轮转速的速度调节装置。

作为进一步优选的技术方案：还设置有用于显示所述旋转鼓体线速度的液晶面板。

作为优选的技术方案：在所述旋转鼓体中心通过外置支架还安装有摄像机、扫描仪和粒子成像测速仪，在所述旋转鼓体底部安装有流体压力传感器、荷载传感器。在旋转鼓体中心通过外置支架安装相应的仪器，可以避免装置工作时对数据精度的影响。

作为优选的技术方案：在鼓体底部安装有流体压力传感器、荷载传感器。

作为优选的技术方案：在所述支架上方还设置有限位轮，所述限位轮与所述旋转鼓体相切。

作为优选的技术方案：所述旋转鼓体的外周还设置有限位槽。

本发明的目的之二，在于提供一种采用上述装置进行碎屑流模拟实验方法，包括以下步骤：将碎屑流通过所述进料口进料，然后启动驱动装置，旋转鼓体开始旋转，并根据需要调节所述旋转鼓体的转速，通过旋转鼓体的前侧面进行观察碎屑流流动状态，并采用仪器获取碎屑流运动参数。

作为优选的技术方案，所述仪器为摄像机、扫描仪和粒子成像测速仪。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用本发明的模拟实验装置，旋转鼓体内碎屑物质循环转动，相当于“延长”了滑槽的长度，使得碎屑流的流动过程处于无限时长状态或者可控的时长状态，从而精确地模拟碎屑流的运移过程；

透明的前侧面板作为观察窗可以直观地观察碎屑流流动状态，并可以应用高速相机记录颗粒运动轨迹；

采用驱动轮周缘驱动方式，可以拥有更大的仪器设置空间，在装置中心安设摄像机、扫描仪、粒子成像测速仪（PIV），在鼓体底部安设流体压力传感器、荷载传感器，获取碎屑流动态参数。

附图说明

图1和图2为现有技术的结构示意图；

图3为图1中闸板的结构示意图；

图4为本发明的装置整体结构示意图；

图5为本发明的装置前视图；

图6为本发明的装置侧视图。

图中：1、滑槽前侧板；2、滑槽后侧板；3、滑槽底面板；4、转角滑槽组件；5、闸板；6、碎屑流材料放置空间；7、支架；8、旋转鼓体；9、驱动装置；10、前侧面板；11、后侧面板；12、进料口；13、限位轮；14、限位槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

参见图4-6，一种碎屑流模拟实验装置，包括旋转鼓体8，用于驱动所述旋转鼓体8的驱动装置9，以及用于承载所述旋转鼓体8和驱动装置9的支架7，本实施例旋转鼓体8的后侧面板11为钢板材料，后侧面板11上设置有进料口12，旋转鼓体8的前侧面板为透明的玻璃钢，以作为旋转鼓体8旋转时碎屑流观察窗口，本实施例的驱动装置9为驱动轮，所述驱动轮为四个，并对称设置于所述支架7底部两端，并与所述旋转鼓体8相切，所述驱动轮采用同步电机带动，

还设置有同于调节所述驱动轮转速的速度调节装置，还设置有用于显示所述旋转鼓体8线速度的液晶面板；

在所述旋转鼓体中心通过外置支架还安装有摄像机、扫描仪和粒子成像测速仪，在所述旋转鼓体底部安装有流体压力传感器、荷载传感器。在旋转鼓体中心通过外置支架安装相应的仪器，可以避免装置工作时对数据精度的影响；

在所述支架7上方还设置有限位轮13，所述限位轮13与所述旋转鼓体8相切；

所述旋转鼓体8的外周还设置有限位槽14，该限位槽14可以让旋转鼓体在竖直方向转动，防止旋转鼓体倾斜，该限位槽14与限位轮13配合实现限位旋转。

实验时，将碎屑流通过所述进料口12进料，然后启动驱动装置9，旋转鼓体8开始旋转，并根据需要调节所述旋转鼓体8的转速，通过旋转鼓体8的前侧面板10即玻璃钢进行观察碎屑流流动状态，并采用前述仪器和传感器获取碎屑流动态参数。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。