一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法，立杆固定在混凝土基础上。立杆中上部设有支臂，两个轴承刚接于支臂，在两个轴承之间设置有四个扭力弹簧，轴承管外壁沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，长条形刚性杆通过刚性杆内外螺纹连接有撞击板承受泥石流的撞击力，圆柱形刚性杆的末端空孔设有电极探针；电极探针通过导线依次连接电流监测仪。本发明专利技术将泥石流撞击力转化为扭力弹簧的角度变化，通过测角度变化进而测得泥石流撞击力，而通过不同深度监测仪数值相减得到不同深度位置的泥石流撞击力大小值，实现泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律的监测。力变化规律的监测。力变化规律的监测。

【技术实现步骤摘要】
一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法


[0001]本专利技术涉及泥石流灾害监测
，具体涉及一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置及其方法。

技术介绍

[0002]泥石流是中国山区常见多发的一种地质灾害，具有突发性，速度快，能量大，破坏力极强，携带物质，体积大等特点。由于泥石流具有很强的冲击力，往往在短时间内造成工程设施、农田和生命财产的严重损失，严重威胁山区居民的生存和工程建设。现有技术(例如CN104299366A、CN102103787A)提出了泥石流预警、泥位及水位监测方法，然而，这些设计无法监测记录泥石流的冲击力，无法为山区工程设计提供可靠的设计依据。因此，使用可靠的泥石流撞击力的原位监测及预警装置测得的数据不仅是泥石流危险评估、建筑物抗泥石流强度评估的重要指标，更是设计各种泥石流防治工程的重要参考。
[0003]当前，泥石流的监测技术主要是接触式的，压力传感器是常用的监测元件(例如CN104805796A、CN209927342U、CN 110470420 A等)，这类方法由于其测试原理是让泥石流与元件直接撞击从而测试其冲击力大小，导致其适用性受限，主要有以下两点：其一，当前的泥石流撞击力测试装置主要分为室内模拟和原位监测两种，室内模拟其本身精度和准确性偏低，而原位监测时往往用桩固定装置于沟道中进行撞击测试，导致装置的使用寿命短，监测的不连续性和不确定性风险增加，不经济。其二，原位测试时装置需要先于泥石流发生的时间布置，在沟床中布置对地基的要求较高(冲击力大，如果基础不牢固容易被拔出或变形)，而沟道堆积物较为松散，岩土性质较差，这大大降低了泥石流撞击力监测的机动性和可行性，而且由于泥石流是一种包含大量泥沙、石块、水等的一种不均匀多相流体，其横断面上不同位置撞击力往往不同，压力传感器就不能很好的监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律。因此，现有的方法难以实时地监测泥石流的撞击力，较准确地测定泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律，并能达到预警的效果，上述方法难以得到有效解决。
[0004]当前，泥石流撞击力测量方法主要有理论公式法，材料力学法，传感器法等。但理论公式法和传感器法的测量结果不够精确，且无法进行泥石流撞击力的动态监测，无线测量传感器泥石流撞击力测量法涉及大量传感装置，安装过程较繁琐，使用寿命短，且无法监测泥石流撞击力随泥位深度以及泥石流内部不同深度的撞击力变化规律。因次，现有的方法难以简便而精确地进行泥石流撞击力实时监测，并达到预警的效果。

技术实现思路

[0005]针对现有泥石流原位撞击力测定技术的不足，为了实现准确监测泥石流原位撞击力，并对泥石流灾害进行有效地预警。本专利技术提供了一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置。
[0006]一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，包括支架系统、泥石流撞击力监测系
统和电路系统；
[0007]所述支架系统为：具体有混凝土基础、立杆、支臂以及支撑杆、机箱支撑框架，其中混凝土基础设置在泥石流沟道岸坡安全部位，立杆通过其下端设置的螺母连接座由螺母的螺帽和混凝土基础上的螺杆固定在混凝土基础上。立杆中上部设有支臂，支臂与立杆均为中空刚性杆，且通过立杆中的支臂连接螺纹连接。支臂与立杆之间设有支撑杆，支撑杆末端通过螺母连接座与立杆和支臂连接。
[0008]所述泥石流撞击力监测系统为：轴承管内部两个轴承内环刚接于轴承管内壁，轴承管内壁刚接于支臂，轴承的外环刚接于轴承管外壁，在两个轴承之间设置有四个扭力弹簧，扭力弹簧两端分别顺时针刚接于轴承管内壁和轴承管外壁，从而轴承管外壁转动时会改变扭力弹簧的夹角。轴承管外壁沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，分别为圆柱形刚性杆和长条形刚性杆，长条形刚性杆通过刚性杆内外螺纹连接有撞击板承受泥石流的撞击力，另一根圆柱形刚性杆的末端空孔设有电极探针。轴承管内壁焊接有保护罩(轴承管内壁略微长于轴承管外壁，以焊接保护罩)，保护罩弧形内壁上设有均匀电阻丝，通过导线接入电路系统，均匀电阻丝与电极探针紧密接触。
[0009]所述电路系统为：泥石流撞击力监测系统中的电极探针通过导线依次连接电流监测仪、蓄电池形成回路，同时电流监测仪通过导线与模数转换器连接，模数转换器连接信号发射器。支臂末端设有机箱支撑框架，框架上通过螺母固定机箱，模数转换器、信号发射器、蓄电池通过螺母固定于机箱内部。
[0010]其中，所述立杆可通过立杆内外连接螺纹组装，可根据实际情况组装调整立杆的长度。支臂可通过支臂内外连接螺纹组装，可根据实际情况组装调整支臂的长度。撞击板均由刚性杆内外螺纹连接，可根据节数调节杆长，从而满足不同沟深泥石流的监测需求和同一泥石流沟的不同深度的监测需求。
[0011]或者，支臂通过支臂内外螺母调节所需长度，从而根据沟道的实际情况布置测量仪数量，然后撞击板均由刚性杆内外螺纹调节长度，通过均匀差值布置不同的撞击板的长度以满足同一泥石流沟道不同深度泥石流撞击力的监测需求，通过调整撞击板为同一长度，测量泥石流弯道处同一断面的撞击力变化值。
[0012]所述泥石流撞击力监测系统中，电极探针与圆柱形刚性杆之间通过伸缩弹簧连接，电极探针尖端伸出绝缘刚性杆末端空孔，电极探针尾端直径大于空孔的孔口直径，每个监测仪通过各自的电流监测仪将电流信号接入模数转换器中。
[0013]撞击板为矩形截面的长条状，通过监测出现电信号电流监测仪的数量从而标定泥位。
[0014]所述支架系统、监测系统的材料为不锈钢，具有很高的刚度值。
[0015]上述泥石流撞击力的原位监测及预警装置，用于的泥石流撞击力的原位监测及预警方法，其包括以下步骤：
[0016]S1、实验前准备：通过实验，标定扭力弹簧的标准力大小，通过外力使轴承管发生移动，通过测力计测量其转过特定角度所需要的力，从而标定四个扭力弹簧单位角度变换所显示力的数值；通过本步骤将弹簧常数k(k为弹簧常数是扭力弹簧的固有属性值与扭力弹簧材料属性和几何尺寸相关，生产后k值即确定，其表达式为其物理意义
为当弹簧被扭转时，每增加1
°
扭转角的负荷(kgf/mm)，公式中：不锈钢丝E＝19400,d＝线径Do＝外径Di＝内径Dm＝中径＝Do
‑
d N＝总圈数R＝负荷作用的力臂p＝3.1416)、轴承管外壁转过角度和泥石流撞击力建立起表达式：F＝θk(θ：轴承管外壁转过的角度，k：弹簧常数,F：泥石流撞击力)。
[0017]S2、选点预埋：在泥石流流通区沟道旁，选取地面平整的试验点，或人工开挖平整地面，并在沟道一侧挖一个一定深度的凹坑，在凹坑内浇筑混凝土基础。
[0018]S3、安装支架系统：通过螺母，将立杆固定安装于混凝土基础上，通过支臂连接螺纹将支臂和立杆连接，之后将支撑杆通过螺母连接座固定于立杆和支臂之间。
[0019]S4、根据泥石流沟宽度情况，拼接支臂到指定长度，然后在支臂上安装对应数量的泥石流原位撞击力监测系统。
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，包括支架系统、泥石流撞击力监测系统和电路系统；所述支架系统包括混凝土基础(11)、立杆(12)、支臂(16)以及支撑杆(14)、机箱支撑框架(151)；其中混凝土基础(11)设置在泥石流沟道岸坡安全部位，立杆(12)通过其下端设置的螺母连接座(133)由螺母(13)的螺帽(131)和混凝土基础上的螺杆(132)固定在混凝土基础(11)上；立杆(12)中上部固定支臂(16)，支臂(16)与立杆(12)均为中空刚性杆，且支臂(16)通过立杆(12)中的支臂连接螺纹(162)连接；支臂(16)与立杆(12)之间设有支撑杆(14)，支撑杆(14)末端通过螺母连接座(133)与立杆(12)和支臂(16)连接；所述泥石流撞击力监测系统包括轴承管(21)、圆柱形刚性杆(23)、长条形刚性杆(24)、撞击板(27)、电极探针(26)，轴承管(21)内部两个轴承(211)内环刚接于轴承管内壁(214)，轴承管内壁(214)刚接于支臂(16)，轴承(211)的外环刚接于轴承管外壁(213)，在两个轴承(211)之间设置有四个扭力弹簧(212)，扭力弹簧(212)两端分别顺时针刚接于轴承管内壁(214)和轴承管外壁(213)，从而轴承管外壁(213)转动时会改变扭力弹簧(212)的夹角；轴承管外壁(213)沿其径向对称固定连接两根绝缘刚性杆，分别为圆柱形刚性杆(23)和长条形刚性杆(24)，长条形刚性杆(24)通过刚性杆内外螺纹(241)连接有撞击板(27)承受泥石流的撞击力；圆柱形刚性杆(23)的末端空孔设有电极探针(26)；轴承管内壁(214)焊接有保护罩(22)，保护罩(22)弧形内壁上设有均匀电阻丝(221)，通过导线(31)接入电路系统，均匀电阻丝(221)与电极探针(26)紧密接触；所述电路系统，包括电流监测仪(33)、模数转换器(34)、蓄电池(36)；泥石流撞击力监测系统中的电极探针(26)通过导线(31)依次连接电流监测仪(33)、蓄电池(36)形成回路，同时电流监测仪(33)通过导线(31)与模数转换器(34)连接，模数转换器(34)连接信号发射器(35)；支臂(16)末端设有机箱支撑框架(151)，框架上通过螺母(13)固定机箱(15)，模数转换器(34)、信号发射器(35)、蓄电池(36)通过螺母(13)固定于机箱(15)内部。2.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述立杆(12)包括多节，相邻两节通过立杆内外连接螺纹(121)组装，根据实际情况组装调整立杆(12)的长度。3.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述的支臂(16)包括多节，相邻两节通过支臂内外连接螺纹(161)组装；撞击板(27)包括多节，相邻两节由刚性杆内外螺纹(241)连接。4.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述泥石流撞击力监测系统中，电极探针(26)与圆柱形刚性杆(23)之间通过伸缩弹簧(261)连接，电极探针(26)尖端伸出绝缘刚性杆(23)末端空孔，电极探针(26)尾端直径大于空孔的孔口直径，每个监测仪通过各自的电流监测仪(33)将电流信号接入模数转换器(34)中。5.根据权利要求1
‑
4任一所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述支架系统、监测系统的材料为不锈钢。6.根据权利要求1所述的一种泥石流撞击力的原位监测及预警装置，其特征在于，所述的撞击板(27)为矩形截面的长条状。7.一种泥石流撞击力的原位监测及预警方法，其特征在于，采用权1到权6任一项所述的装置，包括以下步骤：
S1、实验前准备：通过实验，标定扭力弹簧(212)的标准力大小...

【专利技术属性】
技术研发人员：金涛，胡卸文，周永豪，蓝再成，段雯超，冯潇，刘波，何坤，张仕林，席传杰，王晋昆，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：