泥石流泥舌沿程空间演化测量系统技术方案

本实用新型专利技术实施例涉及一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，系统包括：泥舌形成装置，具有支架和输送沟槽；输送沟槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌观测装置，具有底端开口的箱体，出口端与箱体连通；尾料池装置，具有设置在箱体下方的尾料池本体，尾料池本体中设置有多个顶端开口的采样盒；测量装置，具有第一传感器、多个第二传感器和多个图像采集器；第一传感器设置在溢流口处；各第二传感器分别设置在各采样盒上；各图像采集器设置在箱体的外周；分析装置，与第一传感器、第二传感器和图像采集器电连接。本实用新型专利技术实施例的系统能够模拟泥石流形成的泥舌过坝下泄过程，克服了无法有效获取泥舌流体特性、运动特征参数问题。

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.

【技术实现步骤摘要】
泥石流泥舌沿程空间演化测量系统
本技术涉及实验装置
，特别涉及一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统。
技术介绍
泥石流动力过程中具有十分强烈的冲刷作用，其中拦砂坝满库后泥石流过坝造成坝后冲刷是威胁拦砂坝安全运营的一种作用形式，极易致使坝基被冲刷后悬空而导致坝体垮塌等工程事故。如何保护坝基不被掏刷，成为制约泥石流拦砂坝安全设计的一个重要问题。泥石流坝后冲刷的长度、深度等参数是泥石流防治工程设计及施工的重要依据，其研究一直以来是泥石流防治工程的难点和重点。目前为止，泥石流坝后冲刷坑参数的研究主要还是参考水利工程冲刷坑参数计算公式，在野外调查和模拟实验的基础上，结合泥石流的特点加以修正，建立了一些坝后冲刷坑的参数计算公式。泥石流过坝下泄形成的泥舌，具有巨大的冲击能量，是泥石流坝后冲刷的动力来源。当不同泥石流体、沟床、工程等条件下的泥石流翻过拦砂坝后，其泥舌在下泄过程中沿程空间断面的流体特性、运动特征的演化，具有不同的冲击力特征，这将直接影响其对下游沟道的冲刷作用，对坝后冲刷的过程有决定性影响。泥舌的内部流速分布、内部物质分布、纵横向扩散特征、与下游沟床的入射角、入射曲线、入射速度等流体特性、运动特征均是制约泥舌冲击特性和拦砂坝下游沟床冲刷研究的难点问题。并且，由于野外泥石流爆发突然且历时短暂，其本身具有的强大破坏能力以及其本身为非均质流体导致的不可观测性，使得现场实地对泥石流过坝泥舌在沿程空间的参数演化及冲击力的测量十分困难。在
技术介绍
中公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此其可能包含没有形成为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的信息。专利技术内容有鉴于此，本技术实施例希望提供一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择。本技术实施例的技术方案是这样实现的：根据本技术的一个实施例，提供一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，包括：泥舌形成装置，具有支架和输送沟槽，所述输送沟槽设置在所述支架上；所述输送沟槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌观测装置，具有底端开口的箱体，所述出口端与所述箱体连通；尾料池装置，具有设置在所述箱体下方且可滑动的尾料池本体，所述尾料池本体中设置有多个顶端开口的采样盒；测量装置，具有第一传感器、多个第二传感器和多个图像采集器；所述第一传感器设置在所述溢流口处；各所述第二传感器分别设置在各所述采样盒上；各所述图像采集器设置在所述箱体的外周；分析装置，与所述第一传感器、所述第二传感器和所述图像采集器电连接。在一些实施例中，还包括料斗，所述料斗与所述输送沟槽的进口端连通；所述料斗与所述进口端的接合处设置有闸门，所述闸门与所述分析装置电连接。在一些实施例中，所述箱体的顶面和/或所述箱体的侧面开设有观察窗口。在一些实施例中，还包括驱动机构，所述驱动机构与所述尾料池本体连接，用于带动所述尾料池本体相对所述输送管滑动；所述驱动机构与所述分析装置电连接。在一些实施例中，所述驱动机构包括转动部和牵引绳，所述牵引绳的一端与所述尾料池本体连接，所述牵引绳的另一端与所述转动部连接，所述转动部通过所述牵引绳带动所述尾料池本体滑动。在一些实施例中，各所述图像采集器分别设置在所述溢流口处、所述箱体的上方、所述箱体相对所述溢流口的一侧外部以及所述箱体垂直所述输送管长度方向的一侧外部。在一些实施例中，所述第二传感器的受力检测部朝向所述箱体的所述底端开口设置。根据本技术的另一个实施例，提供一种泥石流泥舌沿程空间演化测量方法，应用于上述任意实施例的系统，包括：将所述输送沟槽输送泥石流的过程分隔为多个时间间隔；通过各所述图像采集器测量各所述时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的实际平均流速；通过所述第二传感器测量各所述时间间隔内，不同位置处的所述采样盒受到的泥舌冲击力；测量各所述时间间隔内，泥舌进入所述不同位置处的所述采样盒中的流量及容重；测量各所述时间间隔内，泥舌下泄进入箱体内不同位置处的形态参数；所述形体参数至少包括纵横向上的厚度、抛射距离以及下游出射角参数；所述分析装置根据各所述时间间隔内的所述实际平均流速、所述泥舌冲击力、所述流量、所述容重以及所述形态参数，分析所述泥舌的沿程空间演化特征。在一些实施例中，还包括：通过所述第一传感器测量各所述时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深；根据各所述时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，计算各所述时间间隔内所述溢流口的理论平均流速；将同一所述时间间隔内所述溢流口的所述实际平均流速与所述理论平均流速对比，若所述实际平均流速与所述理论平均流速的数值误差在误差阈值范围内，则该所述时间间隔内测量的所述实际平均流速、所述泥舌冲击力、所述流量以及所述容重可作为计算分析数据使用。在一些实施例中，依据式1计算第n个时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的所述实际平均流速式1为：其中，为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的所述实际平均流速，m/s，Δtn为泥石流流过所述溢流口第n个时间长度，s，L为所述泥石流流经溢流口的运动位移，m；依据式2计算第n个时间间隔内，泥舌进入所有所述采样盒的总流量Qn；式2为：Qn＝Qn,1+Qn,2+…+Qn,p+…Qn,t；其中，Qn为第n个时间间隔内泥舌进入所有所述采样盒的总流量，m3，Qn,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的流量，m3，p＝1,2,3……，表示第n个时间间隔内不同位置对应的所述采样盒；依据式3计算第n个时间间隔内，进入不同位置处的所述采样盒的容重(rn,p，Δtn)；式3为：其中，mn,p为第n个时间间隔内不同位置处的所述采样盒中泥石流的质量，kg，Qn,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的流量，m3，rn,p为第n个时间间隔内进入不同位置处的所述采样盒的容重，KN/m3，g为重力加速度，m/s2，取9.80；依据式4计算第n个时间间隔内，泥石流流过所述溢流口的所述理论平均流速式4为：其中，为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的所述理论平均流速，m/s，Qn为第n个时间间隔内泥舌进入所有所述采样盒的总流量，m3，B为所述溢流口的宽度，m，hn为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，m。依据式5、式6、式7分别计算第n个时间间隔内，泥舌下泄过程中形态参数在沿程空间的纵向扩散率δ、横向收缩率η、下游出射角演变率ξ等参数演变特征。式5：其中，hn-i为第n个时间间隔内泥舌在纵向上沿程第i个截面厚度，m，hn为第n个时间间隔内泥石流流过所述溢流口的流深，m；式6：其中，Bn-i为第n个时间间隔内泥舌在横向上沿程第i个截面的宽度，m，B为所述溢流口的宽度，m；式7：其中，θn-i为第n个时间间隔内泥舌在纵向上沿程第i个截面的下游出射角角度，°，θ0为泥舌的出射角即水槽坡度，°。本技术实施例由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、能够较好地模拟泥石流泥舌过坝下泄过程，克服了无法有效获取泥舌流体特性、运动特征参数等问题。2、可以实现形成泥舌、观测泥舌以及采集泥舌流体特性、运动特征参数全过程，是一套综合性、集成性实现泥石流过坝下泄过程研究的泥石流室内物理模型实验系统。3、可以实现测量不同断面泥舌的形态参数，也能测量泥舌下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，包括：泥舌形成装置，具有支架和输送沟槽，所述输送沟槽设置在所述支架上；所述输送沟槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌观测装置，具有底端开口的箱体，所述出口端与所述箱体连通；尾料池装置，具有设置在所述箱体下方且可滑动的尾料池本体，所述尾料池本体中设置有多个顶端开口的采样盒；测量装置，具有第一传感器、多个第二传感器和多个图像采集器；所述第一传感器设置在所述溢流口处；各所述第二传感器分别设置在各所述采样盒上；各所述图像采集器设置在所述箱体的外周；分析装置，与所述第一传感器、所述第二传感器和所述图像采集器电连接。

【技术特征摘要】
1.一种泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，包括：泥舌形成装置，具有支架和输送沟槽，所述输送沟槽设置在所述支架上；所述输送沟槽的出口端具有使泥石流形成泥舌的溢流口；泥舌观测装置，具有底端开口的箱体，所述出口端与所述箱体连通；尾料池装置，具有设置在所述箱体下方且可滑动的尾料池本体，所述尾料池本体中设置有多个顶端开口的采样盒；测量装置，具有第一传感器、多个第二传感器和多个图像采集器；所述第一传感器设置在所述溢流口处；各所述第二传感器分别设置在各所述采样盒上；各所述图像采集器设置在所述箱体的外周；分析装置，与所述第一传感器、所述第二传感器和所述图像采集器电连接。2.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系统，其特征在于，还包括料斗，所述料斗与所述输送沟槽的进口端连通；所述料斗与所述进口端的接合处设置有闸门，所述闸门与所述分析装置电连接。3.如权利要求1所述的泥石流泥舌沿程空间演化测量系...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘华利，郑志山，欧国强，陈顺理，安笑，李炳志，吕娟，
申请(专利权)人：中国科学院，水利部成都山地灾害与环境研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51