泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)實(shí)施例涉及一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)包括：泥舌形成裝置，具有支架和輸送溝槽；輸送溝槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌觀測(cè)裝置，具有底端開(kāi)口的箱體，出口端與箱體連通；尾料池裝置，具有設(shè)置在箱體下方的尾料池本體，尾料池本體中設(shè)置有多個(gè)頂端開(kāi)口的采樣盒；測(cè)量裝置，具有第一傳感器、多個(gè)第二傳感器和多個(gè)圖像采集器；第一傳感器設(shè)置在溢流口處；各第二傳感器分別設(shè)置在各采樣盒上；各圖像采集器設(shè)置在箱體的外周；分析裝置，與第一傳感器、第二傳感器和圖像采集器電連接。本實(shí)用新型專利技術(shù)實(shí)施例的系統(tǒng)能夠模擬泥石流形成的泥舌過(guò)壩下泄過(guò)程，克服了無(wú)法有效獲取泥舌流體特性、運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)問(wèn)題。

Spatial Evolution Measuring System of Debris Flow Debris Tongue

The embodiment of the utility model relates to a measurement system for the spatial evolution of debris flow tongue along the course, which includes: a debris flow tongue forming device with a support and a conveying channel; an overflow outlet at the outlet of the conveying channel to make debris flow form a debris flow tongue; a debris flow observation device with a box opening at the bottom, which connects the outlet with the box body; and a tail pond device with a tail set under the box body. The material pool body and the tailing pool body are provided with sampling boxes with multiple top openings; the measuring device has a first sensor, a plurality of second sensors and a plurality of image collectors; the first sensor is set at the overflow port; the second sensors are set on each sampling box; the image collectors are set at the periphery of the box body; the analysis device, together with the first sensor and the second sensor. Electrical connection with image collector. The system according to the embodiment of the utility model can simulate the sludge tongue discharge process formed by debris flow through the dam, and overcomes the problem that the sludge tongue fluid characteristics and motion characteristic parameters can not be obtained effectively.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)
本技術(shù)涉及實(shí)驗(yàn)裝置
，特別涉及一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
泥石流動(dòng)力過(guò)程中具有十分強(qiáng)烈的沖刷作用，其中攔砂壩滿庫(kù)后泥石流過(guò)壩造成壩后沖刷是威脅攔砂壩安全運(yùn)營(yíng)的一種作用形式，極易致使壩基被沖刷后懸空而導(dǎo)致壩體垮塌等工程事故。如何保護(hù)壩基不被掏刷，成為制約泥石流攔砂壩安全設(shè)計(jì)的一個(gè)重要問(wèn)題。泥石流壩后沖刷的長(zhǎng)度、深度等參數(shù)是泥石流防治工程設(shè)計(jì)及施工的重要依據(jù)，其研究一直以來(lái)是泥石流防治工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。目前為止，泥石流壩后沖刷坑參數(shù)的研究主要還是參考水利工程沖刷坑參數(shù)計(jì)算公式，在野外調(diào)查和模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合泥石流的特點(diǎn)加以修正，建立了一些壩后沖刷坑的參數(shù)計(jì)算公式。泥石流過(guò)壩下泄形成的泥舌，具有巨大的沖擊能量，是泥石流壩后沖刷的動(dòng)力來(lái)源。當(dāng)不同泥石流體、溝床、工程等條件下的泥石流翻過(guò)攔砂壩后，其泥舌在下泄過(guò)程中沿程空間斷面的流體特性、運(yùn)動(dòng)特征的演化，具有不同的沖擊力特征，這將直接影響其對(duì)下游溝道的沖刷作用，對(duì)壩后沖刷的過(guò)程有決定性影響。泥舌的內(nèi)部流速分布、內(nèi)部物質(zhì)分布、縱橫向擴(kuò)散特征、與下游溝床的入射角、入射曲線、入射速度等流體特性、運(yùn)動(dòng)特征均是制約泥舌沖擊特性和攔砂壩下游溝床沖刷研究的難點(diǎn)問(wèn)題。并且，由于野外泥石流爆發(fā)突然且歷時(shí)短暫，其本身具有的強(qiáng)大破壞能力以及其本身為非均質(zhì)流體導(dǎo)致的不可觀測(cè)性，使得現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地對(duì)泥石流過(guò)壩泥舌在沿程空間的參數(shù)演化及沖擊力的測(cè)量十分困難。在
技術(shù)介紹
中公開(kāi)的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本技術(shù)的背景的理解，因此其可能包含沒(méi)有形成為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。專利技術(shù)內(nèi)容有鑒于此，本技術(shù)實(shí)施例希望提供一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，以解決或緩解現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，至少提供一種有益的選擇。本技術(shù)實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：根據(jù)本技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，提供一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，包括：泥舌形成裝置，具有支架和輸送溝槽，所述輸送溝槽設(shè)置在所述支架上；所述輸送溝槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌觀測(cè)裝置，具有底端開(kāi)口的箱體，所述出口端與所述箱體連通；尾料池裝置，具有設(shè)置在所述箱體下方且可滑動(dòng)的尾料池本體，所述尾料池本體中設(shè)置有多個(gè)頂端開(kāi)口的采樣盒；測(cè)量裝置，具有第一傳感器、多個(gè)第二傳感器和多個(gè)圖像采集器；所述第一傳感器設(shè)置在所述溢流口處；各所述第二傳感器分別設(shè)置在各所述采樣盒上；各所述圖像采集器設(shè)置在所述箱體的外周；分析裝置，與所述第一傳感器、所述第二傳感器和所述圖像采集器電連接。在一些實(shí)施例中，還包括料斗，所述料斗與所述輸送溝槽的進(jìn)口端連通；所述料斗與所述進(jìn)口端的接合處設(shè)置有閘門(mén)，所述閘門(mén)與所述分析裝置電連接。在一些實(shí)施例中，所述箱體的頂面和/或所述箱體的側(cè)面開(kāi)設(shè)有觀察窗口。在一些實(shí)施例中，還包括驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述尾料池本體連接，用于帶動(dòng)所述尾料池本體相對(duì)所述輸送管滑動(dòng)；所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與所述分析裝置電連接。在一些實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括轉(zhuǎn)動(dòng)部和牽引繩，所述牽引繩的一端與所述尾料池本體連接，所述牽引繩的另一端與所述轉(zhuǎn)動(dòng)部連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)部通過(guò)所述牽引繩帶動(dòng)所述尾料池本體滑動(dòng)。在一些實(shí)施例中，各所述圖像采集器分別設(shè)置在所述溢流口處、所述箱體的上方、所述箱體相對(duì)所述溢流口的一側(cè)外部以及所述箱體垂直所述輸送管長(zhǎng)度方向的一側(cè)外部。在一些實(shí)施例中，所述第二傳感器的受力檢測(cè)部朝向所述箱體的所述底端開(kāi)口設(shè)置。根據(jù)本技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施例，提供一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量方法，應(yīng)用于上述任意實(shí)施例的系統(tǒng)，包括：將所述輸送溝槽輸送泥石流的過(guò)程分隔為多個(gè)時(shí)間間隔；通過(guò)各所述圖像采集器測(cè)量各所述時(shí)間間隔內(nèi)，泥石流流過(guò)所述溢流口的實(shí)際平均流速；通過(guò)所述第二傳感器測(cè)量各所述時(shí)間間隔內(nèi)，不同位置處的所述采樣盒受到的泥舌沖擊力；測(cè)量各所述時(shí)間間隔內(nèi)，泥舌進(jìn)入所述不同位置處的所述采樣盒中的流量及容重；測(cè)量各所述時(shí)間間隔內(nèi)，泥舌下泄進(jìn)入箱體內(nèi)不同位置處的形態(tài)參數(shù)；所述形體參數(shù)至少包括縱橫向上的厚度、拋射距離以及下游出射角參數(shù)；所述分析裝置根據(jù)各所述時(shí)間間隔內(nèi)的所述實(shí)際平均流速、所述泥舌沖擊力、所述流量、所述容重以及所述形態(tài)參數(shù)，分析所述泥舌的沿程空間演化特征。在一些實(shí)施例中，還包括：通過(guò)所述第一傳感器測(cè)量各所述時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的流深；根據(jù)各所述時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的流深，計(jì)算各所述時(shí)間間隔內(nèi)所述溢流口的理論平均流速；將同一所述時(shí)間間隔內(nèi)所述溢流口的所述實(shí)際平均流速與所述理論平均流速對(duì)比，若所述實(shí)際平均流速與所述理論平均流速的數(shù)值誤差在誤差閾值范圍內(nèi)，則該所述時(shí)間間隔內(nèi)測(cè)量的所述實(shí)際平均流速、所述泥舌沖擊力、所述流量以及所述容重可作為計(jì)算分析數(shù)據(jù)使用。在一些實(shí)施例中，依據(jù)式1計(jì)算第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，泥石流流過(guò)所述溢流口的所述實(shí)際平均流速式1為：其中，為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的所述實(shí)際平均流速，m/s，Δtn為泥石流流過(guò)所述溢流口第n個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度，s，L為所述泥石流流經(jīng)溢流口的運(yùn)動(dòng)位移，m；依據(jù)式2計(jì)算第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，泥舌進(jìn)入所有所述采樣盒的總流量Qn；式2為：Qn＝Qn,1+Qn,2+…+Qn,p+…Qn,t；其中，Qn為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥舌進(jìn)入所有所述采樣盒的總流量，m3，Qn,p為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入不同位置處的所述采樣盒的流量，m3，p＝1,2,3……，表示第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)不同位置對(duì)應(yīng)的所述采樣盒；依據(jù)式3計(jì)算第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，進(jìn)入不同位置處的所述采樣盒的容重(rn,p，Δtn)；式3為：其中，mn,p為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)不同位置處的所述采樣盒中泥石流的質(zhì)量，kg，Qn,p為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入不同位置處的所述采樣盒的流量，m3，rn,p為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)入不同位置處的所述采樣盒的容重，KN/m3，g為重力加速度，m/s2，取9.80；依據(jù)式4計(jì)算第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，泥石流流過(guò)所述溢流口的所述理論平均流速式4為：其中，為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的所述理論平均流速，m/s，Qn為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥舌進(jìn)入所有所述采樣盒的總流量，m3，B為所述溢流口的寬度，m，hn為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的流深，m。依據(jù)式5、式6、式7分別計(jì)算第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)，泥舌下泄過(guò)程中形態(tài)參數(shù)在沿程空間的縱向擴(kuò)散率δ、橫向收縮率η、下游出射角演變率ξ等參數(shù)演變特征。式5：其中，hn-i為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥舌在縱向上沿程第i個(gè)截面厚度，m，hn為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥石流流過(guò)所述溢流口的流深，m；式6：其中，Bn-i為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥舌在橫向上沿程第i個(gè)截面的寬度，m，B為所述溢流口的寬度，m；式7：其中，θn-i為第n個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)泥舌在縱向上沿程第i個(gè)截面的下游出射角角度，°，θ0為泥舌的出射角即水槽坡度，°。本技術(shù)實(shí)施例由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、能夠較好地模擬泥石流泥舌過(guò)壩下泄過(guò)程，克服了無(wú)法有效獲取泥舌流體特性、運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)等問(wèn)題。2、可以實(shí)現(xiàn)形成泥舌、觀測(cè)泥舌以及采集泥舌流體特性、運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)全過(guò)程，是一套綜合性、集成性實(shí)現(xiàn)泥石流過(guò)壩下泄過(guò)程研究的泥石流室內(nèi)物理模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3、可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量不同斷面泥舌的形態(tài)參數(shù)，也能測(cè)量泥舌下本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：泥舌形成裝置，具有支架和輸送溝槽，所述輸送溝槽設(shè)置在所述支架上；所述輸送溝槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌觀測(cè)裝置，具有底端開(kāi)口的箱體，所述出口端與所述箱體連通；尾料池裝置，具有設(shè)置在所述箱體下方且可滑動(dòng)的尾料池本體，所述尾料池本體中設(shè)置有多個(gè)頂端開(kāi)口的采樣盒；測(cè)量裝置，具有第一傳感器、多個(gè)第二傳感器和多個(gè)圖像采集器；所述第一傳感器設(shè)置在所述溢流口處；各所述第二傳感器分別設(shè)置在各所述采樣盒上；各所述圖像采集器設(shè)置在所述箱體的外周；分析裝置，與所述第一傳感器、所述第二傳感器和所述圖像采集器電連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：泥舌形成裝置，具有支架和輸送溝槽，所述輸送溝槽設(shè)置在所述支架上；所述輸送溝槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌觀測(cè)裝置，具有底端開(kāi)口的箱體，所述出口端與所述箱體連通；尾料池裝置，具有設(shè)置在所述箱體下方且可滑動(dòng)的尾料池本體，所述尾料池本體中設(shè)置有多個(gè)頂端開(kāi)口的采樣盒；測(cè)量裝置，具有第一傳感器、多個(gè)第二傳感器和多個(gè)圖像采集器；所述第一傳感器設(shè)置在所述溢流口處；各所述第二傳感器分別設(shè)置在各所述采樣盒上；各所述圖像采集器設(shè)置在所述箱體的外周；分析裝置，與所述第一傳感器、所述第二傳感器和所述圖像采集器電連接。2.如權(quán)利要求1所述的泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括料斗，所述料斗與所述輸送溝槽的進(jìn)口端連通；所述料斗與所述進(jìn)口端的接合處設(shè)置有閘門(mén)，所述閘門(mén)與所述分析裝置電連接。3.如權(quán)利要求1所述的泥石流泥舌沿程空間演化測(cè)量系...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：潘華利，鄭志山，歐國(guó)強(qiáng)，陳順理，安笑，李炳志，呂娟，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院，水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所，
類型：新型
國(guó)別省市：四川,51