一种用于碎屑流微地震监测的模型试验平台制造技术

一种用于碎屑流微地震监测的模型试验平台，其特征在于，包括结构部分、功能子系统部分和数据处理部分；功能子系统部分安装于结构部分，功能子系统部分用于模拟碎屑流运动及伴生微地震，数据处理部分对监测数据进行分析处理。与现有技术相比，本发明专利技术借助微地震监测与高速相机监测，可对碎屑流在运动过程中的流动构型、堆积形态、流动速度等运动特征参数及微地震参数进行高精度同步观测。地震参数进行高精度同步观测。地震参数进行高精度同步观测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于碎屑流微地震监测的模型试验平台


[0001]本专利技术涉及工程地质领域，尤其是一种用于碎屑流微地震监测的模型试验系统。

技术介绍

[0002]近年来，受全球气候变化影响，大规模山体滑坡、泥石流等灾难性地质灾害频发，我国又是一个滑坡灾害多发的国家，尤其西南山区是滑坡的重灾区，此类大型滑坡
‑
碎屑流灾害对山区居民构成了相当大的威胁。然而，由于此类灾害具有不易预见性和巨大的破坏性等特征，传统手段难以完整且连续地获取其运动过程的相关数据，制约了滑坡
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碎屑流的科学研究。但在滑坡
‑
碎屑流运动过程中，会产生相应的地震波信号，能被一定范围内的地震台网完整记录到，基于地震台网资料来对滑坡
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碎屑流进行研究成为了可能。地震波信号具有高时间分辨率、连续性好等优点，逐渐被越来越多的研究人员运用于滑坡碎屑流运动过程的研究之中。但由于通常难以获取实际滑坡事件的运动特征参数，以及实测地震动信号受传播路径的影响等原因，导致碎屑流动力学特征与其触发的地震波信号之间的关联仍不明确，很大程度上限制了对实测碎屑流地震动信号的精细化解析，亟需开展相关试验研究，深入揭示碎屑流动力学特征与其触发的地震波信号之间的内在关联。目前，滑槽模型试验是研究碎屑流运动、堆积过程的主要试验手段，但主要还是围绕碎屑流的动力学参数，如颗粒流速、流动构型等方面展开，微地震监测手段尚未有效应用于此类试验当中，相关试验测试系统非常匮乏。因此，行之有效的试验系统亟待开发。
[0003]此类试验系统的难点在于：
[0004](1)为实现碎屑流的无干扰自由启滑，需在试验开始时快速撤离挡板。如何提高挡板的开启速度，保证碎屑流不受干扰的自由启滑，是此类试验系统的第一个难点；
[0005](2)挡板高速开启后，为避免挡板撞击其它装置从而损坏试验系统，同时避免挡板回弹影响碎屑流的启动与流动状态，如何对挡板进行及时的制动和固定，是此类试验系统的第二个难点；
[0006](3)挡板启动以及制动过程会伴随着碰撞和摩擦，其产生的巨大震动信号会严重影响碎屑流本身微弱的微地震信号的监测，如何消除此类碰撞摩擦对微地震监测的影响，是此类试验系统的第三个关键难点；
[0007](4)对较大尺寸的模型试验进行全过程高速相机监测时，高速相机监测位置较远，导致照明要求变高，如何提供高亮度、均匀不频闪的照明环境，是此类试验系统的第四个难点；
[0008](5)由于采用了微地震监测系统和高速相机监测系统多源数据监测的方法，如何对两种监测系统的数据进行精确的时间同步，是此类试验系统的第五个难点。
[0009]因此，亟待专利技术一种用于碎屑流微地震监测的模型试验系统，以解决上述难点问题，揭示碎屑流全过程动力学特征和相关微地震信号规律，为碎屑流相关理论研究和灾害防治提供科学依据。

技术实现思路

[0010]本专利技术面向现有研究的不足，提供了一种用于碎屑流微地震监测的模型试验系统，通过对碎屑流的运动特征参数和微地震参数进行高精度同步观测，实现滑坡
‑
碎屑流地震信号及其运动特征的关联性研究。
[0011]本专利技术技术方案如下：
[0012]一种用于碎屑流微地震监测的模型试验平台，其特征在于，包括结构部分、功能子系统部分和数据处理部分；功能子系统部分安装于结构部分，功能子系统部分用于模拟碎屑流运动及伴生微地震，数据处理部分对监测数据进行分析处理。
[0013]与现有技术相比，本专利技术创新点：
[0014](1)不同于传统滑槽模型试验，本专利技术采用高速相机监测系统与微地震监测系统同步联合监测，可获得滑坡
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碎屑流运动全过程的多项参数，包括运动构型、堆积特征、动力学特征以及对应的地震信号参数，为滑坡
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碎屑流地震信号研究提供了室内试验方法；
[0015](2)本专利技术采用可拆卸的滑槽底板以及滑槽支架，通过更换底板或支架，简单且高效地实现了试验变量的控制；
[0016](3)本专利技术采用高转速直流电机提高挡板开启速度，解决了挡板开门速度慢的难题；
[0017](4)本专利技术采用挡板带动开关捶锤击限位开关的方式，有效地完成了挡板的制动和固定，保护了挡板及其它试验装置，保证了碎屑流的正常流动；
[0018](5)不同于传统模型实验中采取的一体式挡板，本专利技术采用滑槽与挡板分离式试验系统，使用独立的铝合金支架系统安装挡板及控制电机，使其与滑槽完全分离，避免了挡板启动及制动过程伴随的碰撞和摩擦对颗粒流微地震信号的影响，解决了这一关键问题。
附图说明
[0019]图1为滑槽及挡板系统整体示意图
[0020]图2为整个系统结构示意图
[0021]图3为滑槽模型示意图
[0022]图4为滑槽模型正视图
[0023]图5为挡板调节装置示意图
[0024]图6为挡板细节展示图
[0025]图7为控制箱电路原理图
[0026]图8为微地震信号与高速相机数据同步示意图
[0027]图9为滑坡倾角为0
°
、流体质量为600g、颗粒粒径为3.0mm的亚克力材料圆珠的试验案例
[0028]图10为案例中记录的微震动信号
[0029]图11为将不同颗粒粒径下的亚克力材料流体的地震效率进行对比及对亚克力材料流体中颗粒粒径与地震效率进行关系拟合结果。
[0030]图12为探讨流体质量对微振动信号能量与最大动能比值影响并开展不同流体质量的平行试验结果。
[0031]图中标注说明：
[0032]1为滑槽、1
‑
1为内接试样盒、1
‑
2为滑槽侧板、1
‑
3为滑槽底板；
[0033]2为堆积板、3为模型底座、4为滑槽支架；
[0034]5‑
1为挡板、5
‑
2为挡板调节架、5
‑2‑
1为调节架横梁、5
‑2‑
2为调节螺杆、 5
‑2‑
3为固定器、5
‑
3为分离式支架、5
‑
4为直流电机(是图中长条形的上下两部分)、5
‑
5为电机座(固定电机用的)、5
‑
6为连轴器、5
‑
7为转轴、5
‑
8为限位开关、5
‑
9为开关锤、5
‑
10为控制箱、5
‑
10
‑
1为电源、5
‑
10
‑
2为保护电阻、5
‑
10
‑
3 为双向开关；
[0035]6‑
1为微地震传感器、6
‑
2为恒流源、6
‑
3为信号采集仪、6
‑
4为第一计算机；
[0036]7‑
1为侧面高速相机、7<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于碎屑流微地震监测的模型试验平台，其特征在于，包括结构部分、功能子系统部分和数据处理部分；功能子系统部分安装于结构部分，功能子系统部分用于模拟碎屑流运动及伴生微地震，数据处理部分对监测数据进行分析处理。2.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，结构部分包括试验区域和支架体：其中，试验区域包括滑槽(1)、堆积板(2)、模型底座(3)，其中：所述滑槽(1)包含内接试样盒(1
‑
1)、滑槽侧板(1
‑
2)以及滑槽底板(1
‑
3)，均使用透明的有机玻璃板制成，其中内接试样盒(1
‑
1)与两滑槽侧板(1
‑
2)前端粘连固定，为颗粒材料起始储存装置；将试验所需的滑槽底板(1
‑
3)与安装好内接试样盒(1
‑
1)的滑槽侧板(1
‑
2)连接构成滑槽(1)模型；所述堆积板(2)，其材料为透明有机玻璃板，上表面粘贴颗粒材料制成粗糙堆积面；其中，所述支架体为承重结构，包括滑槽支架(4)和分离式支架(5
‑
3)，为试验区域和功能子系统的承重以及提供安装位；所述滑槽支架(4)用于将滑槽(1)固定于模型底座(3)上。3.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，功能子系统部分包括分离式挡板系统、微地震监测系统、高速相机监测系统、LED灯光系统(8)，借助微地震监测与高速相机监测，进而由数据处理部分可对碎屑流在运动过程中的流动构型、堆积形态、流动速度的运动特征参数及微地震参数进行高精度同步观测、分析处理。4.如权利要求3所述的试验平台，其特征在于，其中，所述分离式挡板系统，包括透明有机玻璃挡板(5
‑
1)、挡板调节架(5
‑
2)、电机座(5
‑
5)、连轴器(5
‑
6)、转轴(5
‑
7)、电气部分，整体安装于分离式支架(5
‑
3)上；电气部分包括直流电机(5
‑
4)、限位开关(5
‑
8)、开关锤(5
‑
9)和控制箱(5
‑
10)；所述透明有机玻璃挡板(5
‑
1)一端固定于转轴(5
‑
7)，转轴(5
‑
7)固定于挡板调节架(5
‑
2)上；所述挡板调节架(5
‑
2),将其安装在分离式支架(5
‑
3)上用于调节透明有机玻璃挡板(5
‑
1)位置；所述挡板调节架(5
‑
2)包括调节架横梁(5
‑2‑
1)、调节螺杆(5
‑2‑
2)和固定器(5
‑2‑
3)，所述固定器(5
‑2‑
3)固定于调节螺杆(5
‑2‑
2)的上部，共两对，分别安装于分离式支架(5
‑
3)的两侧；所述调节螺杆(5
‑2‑
2)下部分别固定于调节架横梁(5
‑2‑
1)的两端；所述直流电机(5
‑
4)通过电机座(5
‑
5)固定于调节架横梁(5
‑2‑
1)上并通过连轴器(5
‑
6)与转轴(5
‑
7)一端连接，直流电机(5
‑
4)通电时带动转轴(5
‑
7)转动；开关锤(5
‑
9)是焊接在转轴(5
‑
7)上的，事先已经设计好焊接的角度，与转轴一起旋转，挡板随转轴转动一定角度脱离颗粒材料，实现开门释放颗粒的目的后，此时开关锤也正好转到限位开关(5
‑
8)的位置，开关锤转动的冲击力够大足以断开限位开关(5
‑
8)，实现自动停止电机的效果。5.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，所述控制箱(5
‑
10)为双向电路控制箱，包括电源(5
‑
10
‑
1)、保护电阻(5
‑
10
‑
2)和双向开关(5
‑
10
‑
3)，并按电路原...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛无卫，苏珂，郑虎，杨阳，黄雨，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：