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专利号: 2022107004239
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,包括泥石流浆体输送系统、巨石模拟系统和监测系统;

所述浆体输送系统包括可变倾角的试验槽(11),浆体加速装置及浆体回收循环装置;

试验槽(11)共四段,第一段为入料槽(113),第四段为尾料槽(114),每段间采用铰链(12)铰接,角度可变;浆体加速装置设置于试验槽(11)最上部的入料槽(113),将输入的浆体以初速度送出;浆体回收循环装置设置于试验槽(11)尾部的尾料槽(114),将新配好的浆体或一次试验后的浆体输送到入料槽(113)进行试验;

所述巨石模拟系统包括巨石模型(71)、高精度三维定位传感器(731)、电池模块(732);

巨石模型(71)用以模拟泥石流沟道中的巨石,放置在试验槽(11)第三段中;高精度三维定位传感器(731)精确显示各自实时三维坐标及海拔高度,置于巨石模型(71)内部,用以记录巨石模型(71)的运动信息并输入终端处理器(81);电池模块(732)与高精度三维定位传感器(731)连接,为其供电;

所述监测系统包括流速监测装置、冲击力监测装置、终端处理器(81);流速监测装置通过采用同速转轮的方式用以测量浆体的流速;冲击力监测装置通过将浆体撞击挡板的力转化为电信号以测定浆体的冲击力;流速监测装置、冲击力监测装置由一根绝缘空心的刚性杆(32)固定于试验槽(11)内;终端处理器(81)用以接收和处理流速监测装置、冲击力监测装置的电信号及高精度三维定位传感器(731)输入的实时坐标数据。

2.根据权利要求1所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,所述的试验槽(11)底部与伸缩支柱(13)铰接,伸缩支柱(13)下端与万向轮(14)刚接。

3.根据权利要求1所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,所述的浆体加速装置,包括轴(34)和若干不锈钢质矩形的扇板(31)组成,扇板(31)间隔间距沿轴(34)径向垂直焊接;入料槽(113)内的浆体加速通道两侧壁开有圆形小孔,且由轴承嵌入,轴(34)两端穿过试验槽侧板上嵌入的轴承并与轴承内壁焊接,固定于入料槽(113)浆体加速通道(15)内;轴(34)伸出端与电机(4)连接,通过轴(34)固定频率转动使扇板(31)旋转,从而带动通道内浆体运动。

4.根据权利要求1所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,所述的浆体回收循环装置,尾料槽(114)出口和入料槽(113)入口用波纹管(21)和泵(22)连接,将尾料槽(114)的浆体输送回入料槽(113),实现循环利用。

5.根据权利要求1所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,所述的巨石模型(71),重心位置矩形中空,安装有高精度三维定位传感器(731)的传感器机箱(73),电池模块(732)也安装于传感器机箱(73)内部,为高精度三维定位传感器(731)供电,高精度三维定位传感器(731)通过无线连接输入终端处理器(81)。

6.根据权利要求1所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,其特征在于,所述的冲击力监测装置,包括一个扭力轴承(33)的内管壁刚接于刚性杆(32)上,外管壁下方焊接一块矩形的撞击板(54),上方焊接电极探针(51),扭力轴承内设置一个高强度的扭力弹簧(55),扭力弹簧(55)两端分别与轴承管外环内壁和内环外壁焊接;轴承管及其电极探针(51)置于一扇型的保护罩(53)内,保护罩(53)下端固定于刚性杆(32),保护罩(53)顶部弧形内壁设有均匀电阻丝(52),均匀电阻丝(52)与电极探针(51)紧密接触,通过导线(82)接入终端处理器(81)。

7.泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验方法,其特征在于,采用权利要求1到

6任一项所述的泥石流沟道巨石启动模拟及运动特征监测试验装置,包括以下步骤:

步骤1、组装试验平台;

步骤2、配置浆体和制作巨石模型(71):把制作好的巨石模型(71)摆放在试验槽(11)第三段内;

步骤3、开始试验:将监测装置电路系统接入终端处理器(81)并激活高精度三维定位传感器(731)后,启动电机(4);电机(4)带动浆体加速器转动,将灌满入料槽(113)中浆体加速通道(15)的浆体以初速度送出;浆体运动撞击撞击板(54)和同速转叶(63),装置中实时变化的电流成为电信号输入终端处理器(81),信号经过终端处理器(81)处理后得到巨石模型(71)所在位置的浆体流速和冲击力;巨石模型(71)启动后运动姿态发生变化,各高精度三维定位传感器(731)将实时坐标发送到终端处理器(81),经过分析和处理可获取巨石的运动姿态变化特征并可计算出巨石冲击能量;

步骤4、清洗试验槽:一次试验后,将波纹管(21)的连接器(23)打开使各段管道分离,连接废料池(16),利用泵(22)将尾料槽(114)内的浆体输送到废料池(16)内;随后,波纹管(21)再连接水池(17),泵将清水输送置入料槽(113),从上至下对试验槽(11)进行冲洗,避免浆体残留影响随后二次试验;

步骤5、重复试验:改变试验槽(11)第三段倾斜角度、浆体加速器转动频率、浆体配比和巨石模型(71)大小、形态,重复步骤2~4进行再次试验,以研究不同条件下泥石流沟道中巨石的运动姿态变化规律。