一种泥石流模拟试验装置及试验方法与流程

本发明属于泥石流模拟试验领域，具体涉及一种泥石流模拟试验装置。

背景技术：

众所周知，目前现有的泥石流实验系统和设备归类为两种：一种是倾斜式溜槽的形式，其缺点是：试验观察时间极短，不能连续进行实验，实验过程中所需要的泥石流固体料和水需要搬运到一定的高度，工作量大，试验耗费时间长。另一种是环形水槽式的，此种方法虽然可以实现试验的连续观察，但是由于所用的大部分环形设备旋转时会产生较大的离心力，而且大部分用有机玻璃采用回转加速器，因此不能够模拟泥石流的流动轨迹，使得最后的试验数据失真，甚至导致试验失败。

现有泥石流模拟实验系统中的斜溜槽的路径和泥石流实际路径存在一定的差异性，存在各个流动阶段的溜槽斜率不可调，且溜槽内的摩擦力不可控以及忽略了泥石流的启动机理，不可进行连续实验的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种泥石流模拟试验装置，以解决现有泥石流模拟实验设备存在的不可进行连续实验的问题。

本发明的另一个目的是提供一种泥石流模拟试验方法。

本发明技术方案如下：一种泥石流模拟试验装置，包括料桶、流道、升降系统、搅拌系统，料桶顶部装有搅拌系统；它还包括控制面板、液压系统、侧面挡板，料桶内壁中部设有涡轮泵，液压系统包括液压油缸和液压千斤顶组；流道由斜溜槽、半圆弧槽和水平溜槽连接而成，斜溜槽的一端通过伸缩管与涡轮泵相连，斜溜槽的另一端部通过第一橡胶管和半圆溜槽连接，水平溜槽的一端固定在料桶的底部，水平溜槽另一端通过第二橡胶管与半圆溜槽连接；斜溜槽的下方由液压千斤顶组支撑，伸缩管底部由液压油缸支撑。半圆溜槽可对泥石流转向进行实验模拟，有效避免了离心力对实验所产生的影响。

作为本发明的进一步改进，所述伸缩管与液压油缸之间设有U型槽。

作为本发明的进一步改进，所述液压千斤顶组中的每一个液压千斤顶和斜溜槽的底板之间均设有调坡螺杆，调坡螺杆的一端与斜溜槽的底板活动连接，调坡螺杆的另一端通过铰链与液压千斤顶的顶部连接。

作为本发明的进一步改进，所述半圆溜槽底部设有支撑台，半圆溜槽与水平溜槽处于同一水平面上。

作为本发明的进一步改进，所述斜溜槽两侧设有侧面挡板，侧面挡板由有机玻璃制成。

作为本发明的进一步改进，它还包括密封系统，所述密封系统包括质地毯、盾尾密封刷，斜溜槽的底板上设有质地毯，可以模拟在不同的摩擦系数下泥石流的路径，侧面挡板与斜溜槽的底板之间设有盾尾密封刷。

作为本发明的进一步改进，所述斜溜槽与第一橡胶管之间设有拦挡箱体，拦挡箱体顶部设有上翻盖板和下翻盖板。

作为本发明的进一步改进，所述水平溜槽上设有拦挡箱体，拦挡箱体顶部设有上翻盖板和下翻盖板。

上述泥石流模拟试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：

A、在料桶中加入泥石流混合物，操作控制面板，启动搅拌系统;

B、启动涡轮泵，将已经搅拌均匀的泥石流混合物输送到指定高度并完成模拟泥石流的启动状态，控制在单位时间内所输送的泥石流量；并进行实验数据和图样采集；

其中，模拟斜溜槽高度调节状态时，转动双头螺栓实现斜溜槽的方向变化，用于模拟不同高度和地形下泥石流流动方式；即改变液压千斤顶组的高度和调坡螺杆的长度实现对斜溜槽的坡度调节，

另外，模拟斜溜槽处于水平面状态时，改变液压千斤顶组的高度和调坡螺杆的长度使斜溜槽处于水平位置，研究泥石流在重力作用下的自然流动状态;

D、实验过程中的泥石流混合物通过水平溜槽不断进入料桶以被循环使用。

优选的，它还包括拦挡步骤：流道上设有拦挡箱体，拦挡箱体顶部设有上翻盖板和下翻盖板；当不需要研究泥石流的冲击力和信息采集的时候，连接盖和连接盖都处于水平位置，泥石流从其上面流过；需要进行拦挡实验时，打开连接盖和连接盖，实现对泥石流的拦截，模拟泥石流流动过程中的冲击力，从中观察和提取实验数据以及图样的采集。本发明尤其是在试验过程中泥石流流速的形成和溜槽轨迹的模拟，以及利用拦挡箱体进行冲击力数据和图样的采集。通过涡轮泵研究泥石流的启动机理，通过调坡螺杆和液压千斤顶实现每个部位斜溜槽坡度和圆弧溜槽实现持续循环实验。

本发明具有以下优点：1.料桶中装有搅拌系统，实现固体料和水的均匀搅拌；2.功率可调的涡轮泵可以将搅拌均匀的泥石流混合物抽上去到达斜溜槽顶端，并给予一定的初速度进行实验；3.斜溜槽采用液压千斤顶支撑，圆弧溜槽和斜溜槽的结合可以实现调节斜溜槽的倾斜度，模拟不同斜度下的泥石流效应；4.水平溜槽搭接在料桶上可以实现循环利用，便于观察和采集实验数据。

附图说明

图1为一种泥石流模拟试验装置的结构示意图；

图2为一种泥石流模拟试验装置的俯视图；

图3为一种泥石流模拟试验装置中斜溜槽调节示意图；

图4为一种泥石流模拟试验装置中斜溜槽处于水平面的状态图；

图5为一种泥石流模拟试验装置中料桶的左视图；

图6为一种泥石流模拟试验装置中拦挡箱体的结构示意图；

图7为一种泥石流模拟试验装置中侧面挡板的侧视图；

图8为一种泥石流模拟试验装置中伸缩管的结构示意图；

图9 为图8的侧视图；

图10为一种泥石流模拟试验装置中调坡螺杆的结构示意图。

附图标记含义：1-伸缩管，2-液压油缸，3-水平溜槽，4-液压千斤顶，5-斜溜槽，6-侧面挡板，7-拦挡箱体，81-第一橡胶管，82-第二橡胶管，9-半圆弧槽，10-支撑台，11-泥石流混合物，12-料桶，13-进料口，14-搅拌刷，15-减速器，16-搅拌电机，17-导向杆，18-滑轮，19-升降电机，20-涡轮泵，21-质地毯，22-控制面板，24-上翻盖板，25-下翻盖板，26-盾尾密封刷，27-U型槽，28-调坡螺杆，29-铰链孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

实施方式中控制面板用于操作涡轮泵20和液压系统工作。涡轮泵20为现有功率可调泵。

参见图1、图2所示，一种泥石流模拟试验装置，一种泥石流模拟试验装置，包括料桶12、流道、升降系统、搅拌系统，料桶12顶部装有搅拌系统；它还包括控制面板22、液压系统、侧面挡板6，料桶12内壁中部设有涡轮泵20，液压系统包括液压油缸2和液压千斤顶组；流道由斜溜槽5、半圆弧槽9和水平溜槽3连接而成，斜溜槽5的一端通过伸缩管1与涡轮泵20相连，斜溜槽5的另一端部通过第一橡胶管81和半圆溜槽9连接，水平溜槽3的一端固定在料桶12的底部，水平溜槽3另一端通过第二橡胶管82与半圆溜槽9连接；斜溜槽5的下方由液压千斤顶组支撑，伸缩管1底部由液压油缸2支撑。伸缩管1与液压油缸2之间设有U型槽27。

液压千斤顶组中的每一个液压千斤顶4和斜溜槽5的底板之间均设有调坡螺杆28，调坡螺杆28的一端与斜溜槽5的底板活动连接，调坡螺杆28的另一端通过铰链29与液压千斤顶4的顶部连接。

半圆溜槽9底部设有支撑台10，半圆溜槽9与水平溜槽3处于同一水平面上。

一种泥石流模拟试验装置，还包括密封系统，密封系统包括质地毯21、盾尾密封刷26，斜溜槽5的底板上设有质地毯21。图7示出了一种泥石流模拟试验装置中侧面挡板的结构，表达斜溜槽底板5、质地毯21、盾尾密封刷26和侧面挡板6的安装关系。斜溜槽5两侧设有侧面挡板6，侧面挡板6由有机玻璃制成。侧面挡板6与斜溜槽5的底板之间设有盾尾密封刷26进行密封。侧面挡板6的安装必须和地面垂直，且两板之间必须保持平行。

图6示出了一种泥石流模拟试验装置中拦挡箱体的结构，拦挡箱体7的上翻连接盖24和下翻连接盖25的位置关系。斜溜槽5与第一橡胶管81之间设有拦挡箱体7，水平溜槽3上也设有拦挡箱体7，拦挡箱体7顶部设有上翻盖板24和下翻盖板25。

图8-9示出了一种泥石流模拟试验装置中伸缩管的结构，伸缩管1可根据斜溜槽底板5的高度进行拉伸和缩短，方便实验操作。伸缩管属于软管，所起的作用就是伸长或者缩短，即：不管是斜溜槽处于最高位置还是处于最低位置，都可以将泥石流混合液从涡轮泵输送到斜溜槽中去。

图10示出了一种泥石流模拟试验装置中调坡螺杆28的安装位置，铰链孔29的连接必须使用螺纹或者销钉间隙连接，且铰链孔的高度大于等于千斤顶的直径。

图5示出了一种泥石流模拟试验装置中料桶的左视图，搅拌系统为现有产品包括升降电动机19、滑轮18、导向杆17、搅拌电机16、减速器15和搅拌刷14。升降电机19和料桶12之间用螺栓连接，导向杆17可使搅拌刷始终垂直于水平面。通过料桶左视图展示涡轮泵20和搅拌系统在料桶12中的位置关系，搅拌系统通过两个电机，即升降电机19和搅拌电机16，完成搅拌和提升过程，搅拌系统和涡轮泵20是两个独立的单元，可单独进行也可以同时进行，互不影响。

实施例1-泥石流模拟试验方法：

通过进料口13在料桶12中加入泥石流混合物11，操作控制面板22，启动搅拌系统，下降并搅拌混合物11，使之均匀之后，通过操作控制面板22使搅拌系统上升，然后通过控制面板22启动涡轮泵20，把泥石流混合物输送到指定高度开始实验，并进行实验数据和图样采集。搅拌系统和涡轮泵20可以选择同时工作亦可以选择单独工作，二者是相互配合独立作业。实验过程中的泥石流混合物11通过水平溜槽3不断进入料桶12以被循环使用。

图3示出了一种泥石流模拟试验装置在斜溜槽调节状态示意图，转动双头螺栓28能够实现斜溜槽5的方向变化，从而用于模拟不同高度和地形下泥石流流动方式。当需要模拟不同路径下泥石流的启动和冲击力时，改变液压千斤顶组的高度和调坡螺杆28长度可实现斜溜槽的坡度调节，最大可调坡度为90°以水平位置为起始面，可逆时针旋转90°，使得更加接近泥石流的实际流动方式。

实验过程中的泥石流混合物11通过水平溜槽3不断进入料桶12以被循环使用。

实施例2-泥石流模拟试验方法：

图4示出了一种泥石流模拟试验装置中斜溜槽处于水平面的状态图，改变液压千斤顶组的高度和调坡螺杆28的长度可达到接近水平位置，以用于研究水平位置的情况下，泥石流在重力作用下的自然流动。实验过程中的泥石流混合物11通过水平溜槽3不断进入料桶12以被循环使用。

实施例3-拦挡试验：

当不需要研究泥石流的冲击力和信息采集的时候，连接盖24和连接盖25都处于水平位置，泥石流从其上面流过；需要进行拦挡实验时，打开连接盖24和连接盖25，实现对泥石流的拦截，模拟泥石流流动过程中的冲击力，从中观察和提取实验数据以及图样的采集。