本发明专利技术公开了一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的超重力离心模拟试验装置和方法，属于土木工程领域。其主体结构包括包括伺服控制系统、监测传感系统、模型箱箱体、以及安装在模型箱箱体内的河道模型、边坡滑动模型；河道模型与边坡滑动模型铰接，边坡滑动模型的高度不低于边坡滑动模型的高度；伺服控制系统用于控制河道模型的水动力条件和边坡滑动模型的滑坡动力条件，监测传感系统用于获取试验参数。本发明专利技术利用土工离心模型试验在Ng超重力场的缩尺和缩时效应，采用流量精确控制装置模拟堰塞体堆积河道内的水力条件，利用可调节支撑杠与滑轨控制滑坡高度与滑坡的倾斜角，以此来控制滑坡速度，再现真实应力水平下滑坡堵塞河道形成堰塞坝的全过程。成堰塞坝的全过程。成堰塞坝的全过程。
【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置和方法
[0001]本专利技术属于土木工程领域，尤其涉及一种用于滑坡诱发的堰塞体堵江的离心模型试验装置和方法。
技术介绍
[0002]山区沿江两岸的大型斜坡体或高边坡，在地震、暴雨等灾害荷载下极易发生破坏失稳，滑坡体以一定的速度向河谷方向运动，在运动过程中由于各种阻力使动力不断减小，最后终止于河床中某一位置或到达对岸经山体碰撞而破碎解体，造成滑坡堵江并形成堰塞坝。堰塞坝往往寿命极短且可诱发一连串次生地质灾害，并引发区域性大型地质灾害链，其形成和溃决可造成大量的人员伤亡和财产损失，给沿江大型水利工程、水电设施、交通航运、公路铁路等工程领域的建设和运营带来极大危害。为了能够尽量减小灾害带来的损失，亟需对滑坡堵江的形成及演化全过程开展系统性的研究。
[0003]在科学研究领域，物理模拟试验是发现事物客观性质、揭示事物发展规律的重要手段，而超重力物理模拟具有缩尺、缩时和还原真实应力状态的特点。因此使用离心机提供超重力，对滑坡堵江的形成及演化过程开展系统性研究，能够揭示堰塞体发生堵江所需的自然条件，并模拟堵江过程中堰塞体形态的演变规律。目前未见有利用超重力手段进行试验模拟滑坡诱发的堰塞体堵江的离心模型试验装置。
技术实现思路
[0004]本专利技术旨在提出一种能够再现真实应力水平作用下，滑坡诱发的堰塞体堵江的形成及演化全过程的超重力离心模型试验装置和方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，包括伺服控制系统、监测传感系统、模型箱箱体、以及安装在模型箱箱体内的河道模型、边坡滑动模型；所述的河道模型与边坡滑动模型铰接，边坡滑动模型的高度不低于边坡滑动模型的高度；
[0007]所述的河道模型包括顶部敞开的双层箱体、河道闸门组件、过滤装置和水泵组件；所述的水泵组件的出水口与双层箱体的上层进水口连通，水泵组件的回水口与双层箱体的下层出水口连通，闸门组件安装在双层箱体的上层，用于控制水流量；双层箱体的上层和下层之间设有过滤装置；双层箱体的底部固定在模型箱箱体内；
[0008]所述的边坡滑动模型包括角度调节机构、一端开口的滑坡槽、以及位于滑坡槽内的储料箱，所述的储料箱在滑坡槽内的位置可调；所述的滑坡槽在角度调节机构的作用下，相对于河道模型能够实现0
‑
90
°
范围的倾斜；
[0009]所述的伺服控制系统用于控制河道模型的水动力条件和边坡滑动模型的滑坡动力条件，所述的监测传感系统用于获取试验参数。
[0010]进一步地，所述的河道模型中顶部敞开的双层箱体由隔板分隔为上下两层，上层
和下层在远离上层进水口的位置处通过过滤装置相连通；
[0011]所述的河道闸门组件包括第一闸门和第二闸门，所述的第一闸门安装在上层中靠近进水口位置，第一水闸将上层分为缓冲池和水槽；所述的第二闸门安装在水槽的尾部，处于过滤装置的上游；所述的水槽上游位置与滑坡槽的开口端铰接；
[0012]所述双层箱体中的下层为储水箱，由过滤装置过滤后的水储存在储水箱内，用于向水泵组件供水，实现水循环。
[0013]进一步地，所述的双层箱体内的隔板上设有过滤槽，所述的过滤槽位于水槽的中后部且处于第二闸门的上游。
[0014]进一步地，所述的过滤槽的宽度与水槽宽度相等。
[0015]进一步地，所述的水泵组件包括往复式水泵和输水管路，往复式水泵的出水口通过输水管路与双层箱体的上层进水口连通，往复式水泵的回水口通过输水管路与双层箱体的下层出水口连通。
[0016]进一步地，所述的边坡滑动模型中的角度调节机构包括第一滑轨和可伸缩式支撑杆，所述的第一滑轨固定在模型箱箱体内，所述的可伸缩式支撑杆顶部与滑坡槽的末端铰接，可伸缩式支撑杆底部安装在第一滑轨上。
[0017]进一步地，所述的储料箱的前端出料口设置有第三闸门，储料箱内设有推料板，所述的推料板与储料箱的后板之间通过弹簧连接，第三阀门和推料板均由伺服动作器控制启动。
[0018]进一步地，所述的监测传感系统包括液位传感器、流量传感器和高速相机组，所述的液位传感器用于安装监测河道模型中缓冲池内水位高度；所述的流量传感器用于监测监测河道模型中水槽内的水流量，包括流入水槽的水流量和流出水槽的水流量；所述的高速相机组用于监测边坡滑动模型中滑坡槽落下的滑坡体材料和河道模型中的水流信息；
[0019]所述的高速相机组包括用于监测滑坡槽的运动相机和用于监测水槽的运动相机，其中，用于监测滑坡槽的运动相机的拍摄方向与水槽方向平行且与滑坡槽方向垂直；用于监测水槽的运动相机由上至下垂直拍摄水槽，若干运动相机的拍摄范围的重合度超过50％。
[0020]进一步地，所述的伺服控制系统包括伺服动作器组、远程控制器、伺服控制器控制单元、中央处理器和数据采集中心；所述的数据采集中心用于获取监测传感系统的监测数据，中央处理器用于根据获取的监测数据进行处理，得到伺服控制器组的控制信号，并由伺服控制器控制单元通过远程控制器控制伺服动作器组工作；所述的伺服动作器组用于分别控制控制水槽内水流流速、水槽内的水流量、滑坡槽的滑坡角度和滑坡高度、以及滑坡槽内滑坡材料的释放。
[0021]一种基于上述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置的试验方法，包括：
[0022](一)准备阶段：
[0023]根据试验条件调整储料箱位置、滑坡槽倾斜角度，在储料箱内加入滑坡体材料和智能颗粒传感器，所述的智能颗粒传感器用于监测滑坡轨迹和受力情况；
[0024]将模型箱体安装在离心机吊篮上，在离心超重力环境下开展试验；
[0025](二)模拟试验阶段：
[0026]首先，调节缓冲池与水槽间的第一闸门至规定水位，控制水泵组件通过缓冲池向水槽供水，水槽内水流由过滤装置过滤后进入水槽下方的储水箱中，实现水流循环；调节水槽与过滤装置间的第二闸门至规定水位，待水位稳定后控制水泵组件的供水流量，得到符合试验要求的河道水流速度；
[0027]接着，控制储料箱出料口处的第三闸门打开，启动推料板，将储料箱内的滑坡体材料释放，滑坡体材料顺着倾斜的滑坡槽落入水槽内，模拟滑坡运动过程；滑坡体材料在水槽堆积后形成堰塞体，阻挡水槽中的水流，部分滑坡体材料被流水冲击后，通过过滤槽初步沉积滑坡体材料，再通过过滤装置进行过滤；
[0028]在模拟试验阶段中，实时监测堰塞体几何形态、水槽内的水位、第一水闸和第二水闸处的水流流量、以及滑坡体材料的速度、受力和滑坡轨迹。
[0029](三)试验数据处理：
[0030]终止试验并拆机，分析试验数据，获得堵江时间和堰塞体几何形态变化特征；通过平行拍摄滑坡槽的运动相机数据，得到滑坡的速度位移特征；根据流量传感器数据得到流量开始减缓到完全停止的时刻，从而得到堰塞体堵塞水槽的时间，即堵江时间；提取不同时刻下用于监测水槽的运动相机的同一帧画面，得本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，包括伺服控制系统、监测传感系统、模型箱箱体、以及安装在模型箱箱体内的河道模型(1)、边坡滑动模型；所述的河道模型(1)与边坡滑动模型(2)铰接，边坡滑动模型(2)的高度不低于边坡滑动模型的高度；所述的河道模型(1)包括顶部敞开的双层箱体、河道闸门组件、过滤装置和水泵组件；所述的水泵组件的出水口与双层箱体的上层进水口连通，水泵组件的回水口与双层箱体的下层出水口连通，闸门组件安装在双层箱体的上层，用于控制水流量；双层箱体的上层和下层之间设有过滤装置；双层箱体的底部固定在模型箱箱体内；所述的边坡滑动模型包括角度调节机构、一端开口的滑坡槽(3)、以及位于滑坡槽内的储料箱(4)，所述的储料箱在滑坡槽内的位置可调；所述的滑坡槽在角度调节机构的作用下，相对于河道模型(1)能够实现0
‑
90
°
范围的倾斜；所述的伺服控制系统用于控制河道模型(1)的水动力条件和边坡滑动模型的滑坡动力条件，所述的监测传感系统用于获取试验参数。2.根据权利要求1所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的河道模型(1)中顶部敞开的双层箱体由隔板分隔为上下两层，上层和下层在远离上层进水口的位置处通过过滤装置(13)相连通；所述的河道闸门组件包括第一闸门(9)和第二闸门(10)，所述的第一闸门安装在上层中靠近进水口位置，第一水闸将上层分为缓冲池(8)和水槽(7)；所述的第二闸门安装在水槽的尾部，处于过滤装置的上游；所述的水槽上游位置与滑坡槽的开口端铰接；所述双层箱体中的下层为储水箱(12)，由过滤装置过滤后的水储存在储水箱内，用于向水泵组件供水，实现水循环。3.根据权利要求2所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的双层箱体内的隔板上设有过滤槽(11)，所述的过滤槽位于水槽的中后部且处于第二闸门的上游。4.根据权利要求2所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的过滤槽的宽度与水槽宽度相等。5.根据权利要求1所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的水泵组件包括往复式水泵(14)和输水管路(15)，往复式水泵的出水口通过输水管路与双层箱体的上层进水口连通，往复式水泵的回水口通过输水管路与双层箱体的下层出水口连通。6.根据权利要求1所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的边坡滑动模型中的角度调节机构包括第一滑轨(6)和可伸缩式支撑杆(5)，所述的第一滑轨固定在模型箱箱体内，所述的可伸缩式支撑杆顶部与滑坡槽的末端铰接，可伸缩式支撑杆底部安装在第一滑轨上。7.根据权利要求1所述的用于模拟滑坡诱发堰塞体堵江的离心模型试验装置，其特征在于，所述的储料箱的前端出料口设置有第三闸门(18)，储料箱内设有推料板(17)，所述的推料板与储料箱的后板之间通过弹簧连接，第三阀门和推料板均由伺服动作器控制启动。8....
【专利技术属性】
技术研发人员：唐耀，张晟铭，陈云敏，黄博，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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