1.一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于,包括支架系统;泥石流浆料输送系统;多级堵溃控制系统;监测系统;
所述支架系统包括:可伸缩支架(11)、运移沟槽(12)以及刚性支撑板(13);运移沟槽(12)包括依次连接的倾斜沟槽(122)和水平沟槽(123);
所述泥石流浆料输送系统包括:物料箱(21)与运移沟槽(12)之间连接输送管道(22),运移沟槽(12)末端放置有废料池(25),废料池(25)与物料箱(21)之间设有软管(26)和涡轮泵(27),将废料池(25)中的泥料重新回收到物料箱(21);
所述多级堵溃控制系统包括:多个翻盖档板(31)分别设置在倾斜沟槽(122)中,翻盖档板(31)下端焊接中心轴(34),中心轴(34)通过轴承(33)安装在倾斜沟槽(12)内的底部,中心轴(34)的转动由电磁开关(35)控制,从而控制所述翻盖档板(31)的开合;翻盖档板(31)上分布有泄水孔(32),用来模拟泥石流堵溃前发生渗流的情况;
监测系统包括:水平沟槽(122)中段侧壁上用于测量泥位的刻度尺(44),水平沟槽(122)一旁设置高清摄像仪(45)及用来接收监测数据的PC端(46);流速监测装置(42)及泥石流撞击力监测装置(43)并排串联于不锈钢的连接杆(41)上,连接杆(41)两端固定在水平槽(12)中段的侧壁上部。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于:所述可伸缩支架(11)包括可使其移动的定向脚轮(111),定向脚轮(111)与伸缩管(112)连接,伸缩杆(113)套接于伸缩管(112)中,实现支撑杆的可伸缩功能;
水平沟槽(123)处设置监测装置,且水平沟槽(123)高于地面;
刚性支撑板(13)焊接于物料箱(21)以及输送管道(22)的侧壁底部,用于承载电机(24)。
3.根据权利要求2所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于:用于承载物料箱(21)及输送管道(22)的可伸缩支架(11)上,相邻伸缩管(112)安装“x”形横向辅助支架(114),此处可伸缩支架(11)高度一致;
用于支撑物料箱(21)到废料池(25)的可伸缩支架(11),高度从物料箱(21)到废料池(25)方向呈递减状态,用来模拟泥石流下滑山道的沟槽形结构;
运移沟槽(12)两侧立板为透明钢化玻璃,每段倾斜沟槽(122)通过转动轴(121)连接,用于改变倾斜沟槽(122)的角度。
4.根据权利要求1所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于:所述泥石流浆料输送系统位于该试验装置的两端,物料箱(21)呈梯形漏斗状,其侧壁底部矩形开口与输送管道(22)进口端连接,输送管道(22)管口的高度低于物料箱(21)及运移沟槽(12);输送管道(22)中配置浆料定速输送器(23);
试验装置末端的废料池(25)上端与水平沟槽(123)的出口连接,侧壁底部与软管(26)的一端相接。
5.根据权利要求4所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于:浆料定速输送器(23)包括中心轴(233)和若干不锈钢矩形扇板(231),扇板(231)间隔一定间距围绕中心轴360°垂直焊接;浆料定速输送器(23)通过一段中心轴(233)穿过输送管道(22)外壁与电机(24)连接,电机(24)的机座(241)通过螺栓(242)固定在刚性支撑板(13)上;在中心轴(233)的端面与电机轴的连接处配置联轴器(243),配合轴承(232)实现电机(24)带动浆料定速输送器(23)转动,用来调整水流的初始速度和运动方向。
6.根据权利要求5所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置,其特征在于:所述多级堵溃控制系统设置于倾斜沟槽(122)中;翻盖档板(31)两侧与倾斜沟槽(122)留有一定缝隙,且翻盖档板(31)上分布一些呈“品”字形分布的泄水孔(32),用来模拟泥石流堵溃前发生渗流的情况;
在倾斜沟槽(122)侧壁对应中心轴(34)位置以及中心轴(34)的两端竖直向下焊接倒“L”形方钢(351),铁片(352)、电磁铁片(353)分别焊接在两个方钢(351)上,通电时电磁铁片(353)与铁片(352)相吸,翻盖档板(31)处于闭合状态,断电时电磁铁片(353)失去磁力,翻盖档板(31)打开;
与中心轴连接的倒“L”形方钢(351)底部焊接竖直向下的圆环(354);配置一电动机(36),电动机(36)的机座(361)通过螺栓(362)固定在水平沟槽(123)附近的地面上,电动机(36)的转轴(363)末端固定在卷筒(37)筒壁内侧,钢丝绳(39)通过绳引(38)固定缠绕在卷筒(37)上,另一端连接有拉环锁扣(355),被配置为能够使翻盖档板(31)闭合的装置。
7.一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验方法,其特征在于,采用权利要求6所述的装置,包括以下步骤:
S1、安装试验装置,打开电磁开关(35)电源,保持翻盖档板(31)闭合;并根据实际泥石流样本按几何配比配置试验物料,将配置好的物料倒入废料池(25)中,开启涡轮泵(27),通过软管(26)不断向物料箱(21)输送物料;
S2、考虑一个翻盖挡板(31)工况下,设定一个倾斜沟槽(122)试验坡度,并结合泥石流实际发生时的速度,给浆料定速输送器(23)设置一个初速度,不断向运移沟槽(12)输送物料,使翻盖挡板(31)前物料满库;然后逐渐降低翻盖档板(31)对应电磁开关(35)的电源输出功率直至翻盖档板(31)自动打开,设置此时的电磁开关(35)的电源输出功率为临界功率P;改变不同倾斜沟槽(122)试验坡度,分别标定不同倾斜沟槽(122)试验坡度下翻盖挡板(31)溃决的电磁开关(35)功率阈值Pi;
S3、将第一级翻盖挡板(31)处的电磁开关(35)功率阈值设置1.2倍P1,并将其他几个翻盖挡板(31)处的电磁开关(35)功率阈值根据其与上一个翻盖挡板(31)间的平均坡度设为
1.05Pi,试验开始前准备就绪;
S4、设定某一数量翻盖挡板(31)、倾斜沟槽(122)试验坡度,给浆料定速输送器(23)固定设置标定时的初速度,不断向运移沟槽(12)输送物料,待运移沟槽(12)中各级翻盖挡板(31)前的物料均达设定库存后,关闭控制第一级翻盖挡板(31)电磁开关(35)的电源,在上游泥石流体冲击作用下其余翻盖挡板(31)逐级溃决,高清摄像仪(45)、流速监测装置(42)及泥石流撞击力监测装置(43)分别实时监测并记录运移沟槽(12)尾端或者沟口物料的泥位、流速及撞击力;
S5、打开涡轮泵(27),废料池(25)中的泥料通过软管(26)重新回到物料箱(21),实现循环利用;
S6、浆料定速输送器(23)的速度保持不变,分别改变运移沟槽(12)中翻盖挡板(31)的数量、各级翻盖挡板(31)前的泥石流库存、各级翻盖挡板(31)前的倾斜沟槽(122)平均坡度,重复S2‑S5,以研究不同堵溃点、不同堵塞程度以及不同沟道坡降组合下的泥石流级联堵溃放大效应。