本发明涉及一种关于泥石流的模拟实验系统，具体涉及一种集降雨与汇流共同作用的可调节泥石流起动模拟实验系统。
背景技术：
参考近几年统计资料可知，中国泥石流活动区域面积达430万km2，泥石流已经成为山区经济建设中不可忽视的一大灾害。由于泥石流暴发突然成灾迅速的特点使得其起动和运动过程鲜少被直接观测。因此，泥石流起动实验的开展成为研究泥石流起动机理研究的重要手段。
中国大多数泥石流由降雨诱发，降雨及其汇流冲刷触发的泥石流起动物理模拟备受关注。而中国人工降雨与泥石流起动实验的开展均以室内物理模拟试验为主。从当前普遍采用的实验手段和材料来看均存在以下问题：(1)绝大多数室内物理模拟试验沿用了直斜式小型泥石流槽模拟沟床，槽底虽通过各种手段增加了糙率，但未能保证槽底的粗糙度与原实验土体的匹配程度；(2)当前绝大多数室内模拟实验的泥石流槽底只考虑了增大摩擦而忽略了透水问题；(3)现阶段的泥石流模型槽均是针对某一特定地区设计，不具备普遍适用性；(4)现行的人工人工降雨装置形成的降雨均为持续且均一的，未能考虑到人工降雨类型与降雨过程的相似性，整体与实际自然降雨差别较大；(5)目前的泥石流起动试验模型都能有效保证试验与原型的几何相似性，对于水流浓度的相似性均未涉及；(6)现行的模拟实验装置均存在实际操作不便问题，无法做到集成控制。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种集降雨与汇流共同作用泥石流启动综合性模拟试验系统。本发明可以模拟不同地区、不同坡度、不同降雨类型和不同后方汇水面流冲刷作用下泥石流的起动、运移和堆积过程，并在试验后实现实验垃圾分类回收处理。
本发明包括第一升降机、第二升降机、第三升降机、废料手推车、污水回收池、分流导槽、三号摄像机、电波流速仪、二号摄像机、一号摄像机、雨量传感器、集成人工降雨板、降水管路、电磁流量计、电磁控水阀门、数据接收器、集成控制中心、浊水池、清水池、升降机滑动轨道、移动操作台、操作台蓄电池、操作台升降板、后方汇水池、物料槽、流通槽、堆积区、可更换槽底板槽、固定量角器、槽宽调节悬臂、直弯流通槽切换卡口、孔压、含水率及基质吸力测试装置、流速流量测试装置、冲击力测试装置、浊水搅拌器、仪器台和智能自吸泵。
物料槽包括可更换槽底板槽、槽宽调节悬臂、槽宽调节转动轴、亚克力侧壁、防水推进器。
其中，第一升降机、第二升降机、第三升降机均通过线轨固定在升降机滑动轨道上，第一升降机上部通过焊接与钢架相连，钢架顶部以焊接形式与固定量角器以及物料槽底端的转动轴承相连，第二升降机上部通过焊接与钢架相连，钢架顶部以焊接形式与固定量角器以及流通槽底端的转动轴承相连，第三升降机与固定量角器以及堆积区相连。
物料槽、流通槽、堆积区以及分流导槽之间通过软橡胶合页粘接，废料手推车、污水回收池安置在分流导槽对应出口处，物料槽顶端与后方汇水池粘接并固定在仪器台上。
物料槽由两侧的亚克力侧壁及底板组成，底部设有可更换槽底板槽，槽宽调节转动轴焊接在可更换槽底板槽下方，防水推进器一侧与亚克力侧壁粘合，另一侧与槽宽调节悬臂焊接在一起，设置在槽宽调节转动轴两侧。
物料槽上方设置一号摄像机，流通槽上方布置电波流速仪以及二号摄像机，堆积区上方布置三号摄像机。
集成人工降雨板、降水管路、电磁流量计和电磁控水阀门组成人工降雨装置，降水管路与设置在清水池内的智能自吸泵连通，电磁流量计、电磁控水阀门设置在降水管路前部，降水管路的尾部安装集成人工降雨板使其位于物料槽上方，并在集成人工降雨板下方布置雨量传感器。
设置在浊水池内的智能自吸泵通过pvc管路与后方汇水池相连，并在pvc管路前端设置电磁流量计，实现直接往后方汇水池引入配置好浓度的溶液。浊水池、后方汇水池内均布置浊水搅拌器。
集成控制中心通过线路与数据接收器、电磁控水阀门、浊水搅拌器以及智能自吸泵相连，数据接收器通过线路与孔压、含水率及基质吸力测试装置、流速流量测试装置、冲击力测试装置相连，使数据能及时传输并汇总到集成控制中心。
以降雨和水流冲刷与泥石流共同作用为例，本发明操作过程如下：
1)根据物料体所处的地形和坡度，通过集成控制中心调节第一升降机、第二升降机和第三升降机，设置好物料槽、流通槽、堆积区的坡度，并通过槽脚的固定量角器校对误差，使其与模拟场地的形成区、流动区和堆积区坡度相符。再通过槽宽调节悬臂使槽宽调节转动轴带动与防水推进器胶结在一起的亚克力侧壁调节到与模拟地区相匹配的槽宽。
2)根据等质量替代法，确定出实验平台所需物料体级配。将配置好的土体通过移动操作台放入物料槽，同时安装孔压、含水率及基质吸力测试装置，并做好密实度检测，以保证模拟物料的密实度与现场物料密实度相同或者相近，使其同模拟场的地形地貌相似。
3)通过集成控制中心控制智能自吸泵向浊水池、清水池内放满水，配置好浊水池内水的浓度后，开启浊水搅拌器并将浊水注满后方汇水池。启动三号摄像机、电波流速仪、二号摄像机、一号摄像机。
4)通过集成控制中心调节人工降雨装置按照需要模拟的雨型、雨强产生降雨，雨量通过雨量传感器传送到控制中心，同时调节浊水池向后方汇水池注水使其溢出至物料槽，流量通过电磁流量计记录，这样便实现了均匀面流冲刷和雾状降雨的同时进行。在此过程中孔压、含水率及基质吸力测试装置实时监测土体变化。一号摄像机对泥石流起动及变化过程进行实时录像。通过移动操作台提升观察者至合适高度透过亚克力侧壁进行直观观察。
5)泥石流进入流通槽，流速流量测试装置以及电波流速仪对泥石流的流量流速进行记录，二号摄像机对泥石流运动过程实时录像。最后泥石流到达堆积区，冲击力测试装置记录泥石流的冲击力，三号摄像机对泥石流堆积过程进行实时录像。
6)当降雨量和后方汇水达到模拟值时，通过集成控制中心停止供水。在做完数据的采集和记录工作后，将废料通过分流导槽分类处理到废料手推车及污水回收池中，为下组实验做准备
本发明的有益效果：
1、该实验系统的物料槽槽底可以更换，既能保证槽底的粗糙度与原实验土体的匹配程度又能充分考虑槽底的透水性能；
2、该实验系统的物料槽宽度可按照该地区泥石流特性进行调节，具备普遍适用性；
3、该实验系统的人工降雨装置扩大了连续变化雨强范围，能充分考虑到人工降雨类型与降雨过程的相似性，能达到采用雨量、雨强、降雨类型来表征对应相遇过程的目的；
4、能够将泥石流起动试验中模拟后方汇流冲刷的水配比成一定浓度，保证了实验水流浓度的相似性；
5、该实验模拟装置能够做到集成控制，避免实验操作的繁琐步骤，并且在试验结束后对实验垃圾进行分类处理。
附图说明
图1是本发明的立体示意图。
图2是本发明的侧视图。
图3是本发明的俯视图。
图4是本发明的可调节物料槽截面图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示，本发明包括第一升降机1、第二升降机2、第三升降机3、废料手推车4、污水回收池5、分流导槽6、三号摄像机7、电波流速仪8、二号摄像机9、一号摄像机10、雨量传感器11、集成人工降雨板12、降水管路13、电磁流量计14、电磁控水阀门15、数据接收器16、集成控制中心17、浊水池18、清水池19、升降机滑动轨道20、移动操作台21、操作台蓄电池22、操作台升降板23、后方汇水池24、物料槽25、流通槽26、堆积区27、可更换槽底板槽28、固定量角器29、槽宽调节悬臂30、直弯流通槽切换卡口31、孔压、含水率及基质吸力测试装置32、流速流量测试装置33、冲击力测试装置34、浊水搅拌器35、仪器台38和智能自吸泵39。
如图4所示，物料槽25包括可更换槽底板槽28、槽宽调节悬臂30、槽宽调节转动轴36、亚克力侧壁37、防水推进器40。
其中，第一升降机1、第二升降机2、第三升降机3均通过线轨固定在升降机滑动轨道20上，第一升降机1上部通过焊接与钢架相连，钢架顶部以焊接形式与固定量角器29以及物料槽25底端的转动轴承相连，第二升降机2上部通过焊接与钢架相连，钢架顶部以焊接形式与固定量角器29以及流通槽26底端的转动轴承相连，第三升降机3与固定量角器29以及堆积区27相连。
物料槽25、流通槽26、堆积区27以及分流导槽6之间通过软橡胶合页粘接，废料手推车4、污水回收池5安置在分流导槽6对应出口处，物料槽25顶端与后方汇水池24粘接并固定在仪器台38上。
物料槽25由两侧的亚克力侧壁37及底板组成，底部设有可更换槽底板槽28，槽宽调节转动轴36焊接在可更换槽底板槽28下方，防水推进器40一侧与亚克力侧壁37粘合，另一侧与槽宽调节悬臂30焊接在一起，设置在槽宽调节转动轴36两侧。
物料槽25上方设置一号摄像机10，流通槽26上方布置电波流速仪8以及二号摄像机9，堆积区27上方布置三号摄像机7。
集成人工降雨板12、降水管路13、电磁流量计14和电磁控水阀门组成人工降雨装置，降水管路13与设置在清水池19内的智能自吸泵39连通，电磁流量计14、电磁控水阀门设置在降水管路13前部，降水管路13的尾部安装集成人工降雨板12使其位于物料槽25上方，并在集成人工降雨板12下方布置雨量传感器11。
设置在浊水池18内的智能自吸泵39通过pvc管路与后方汇水池24相连，并在pvc管路前端设置电磁流量计14，实现直接往后方汇水池24引入配置好浓度的溶液。浊水池18、后方汇水池24内均布置浊水搅拌器35。
集成控制中心17通过线路与数据接收器16、电磁控水阀门15、浊水搅拌器35以及智能自吸泵39相连，数据接收器16通过线路与孔压、含水率及基质吸力测试装置32、流速流量测试装置33、冲击力测试装置34相连，使数据能及时传输并汇总到集成控制中心17。
以降雨和水流冲刷与泥石流共同作用为例，本发明操作过程如下：
1)根据物料体所处的地形和坡度，通过集成控制中心17调节第一升降机1、第二升降机2和第三升降机3，设置好物料槽25、流通槽26、堆积区27的坡度，并通过槽脚的固定量角器29校对误差，使其与模拟场地的形成区、流动区和堆积区坡度相符。再通过槽宽调节悬臂30使槽宽调节转动轴36带动与防水推进器40胶结在一起的亚克力侧壁37调节到与模拟地区相匹配的槽宽。
2)根据等质量替代法，确定出实验平台所需物料体级配。将配置好的土体通过移动操作台21放入物料槽25，同时安装孔压、含水率及基质吸力测试装置32，并做好密实度检测，以保证模拟物料的密实度与现场物料密实度相同或者相近，使其同模拟场的地形地貌相似。
3)通过集成控制中心17控制智能自吸泵3向浊水池18、清水池19内放满水，配置好浊水池18内水的浓度后，开启浊水搅拌器35并将浊水注满后方汇水池24。启动三号摄像机7、电波流速仪8、二号摄像机9、一号摄像机10。
4)通过集成控制中心17调节人工降雨装置按照需要模拟的雨型、雨强产生降雨，雨量通过雨量传感器11传送到控制中心，同时调节浊水池18向后方汇水池24注水使其溢出至物料槽25，流量通过电磁流量计14记录，这样便实现了均匀面流冲刷和雾状降雨的同时进行。在此过程中孔压、含水率及基质吸力测试装置32实时监测土体变化。一号摄像机10对泥石流起动及变化过程进行实时录像。通过移动操作台21提升观察者至合适高度透过亚克力侧壁37进行直观观察。
5)泥石流进入流通槽26，流速流量测试装置33以及电波流速仪8对泥石流的流量流速进行记录，二号摄像机9对泥石流运动过程实时录像。最后泥石流到达堆积区27，冲击力测试装置34记录泥石流的冲击力，三号摄像机27对泥石流堆积过程进行实时录像。
6)当降雨量和后方汇水达到模拟值时，通过集成控制中心17停止供水。在做完数据的采集和记录工作后，将废料通过分流导槽6分类处理到废料手推车4及污水回收池5中，为下组实验做准备。