【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种泥石流流变特性与动力破坏特征测量方法，特别是涉及一种泥石流冲击力分布测量方法，以及该方法实现的测量系统以及应用，属于地质灾害防治工程、流体运动力测量。
技术介绍
1、泥石流冲击破坏特征一直是泥石流相关研究中不可回避的基础性主题，对于理论研究与防治方案开发设计都有至关重要的意义。泥石流冲击力测量是该主题下的关键性问题，无论是测量技术方案，还是方案所立足的技术原理，均已较为丰富。
2、现有泥石流冲击力测量技术方案大体可分为两类技术构思：一类是设备测量类，核心是通过安装测量仪器采集表征冲击力的各类信号，直接测量得到泥石流冲击数据；另一类是数学模型测量类，核心是采集与泥石流冲击力相关的物理变量数据，利用数学计算模型解算冲击力。由于第一类技术构思通常也包含数学函数计算步骤，因而以上两种类型的划分至少在形式上是并非严格意义的。相较之下，第一类技术构思侧重于信号采集系统的设计，即选择不同设备仪器安装在特定位置从而获取特定方位信号，计算步骤所利用的数学函数往往基于常规力学原理。
3、泥石流冲击力包括横向冲击力与垂向冲击力。现有泥石流冲击测量集中于横向冲击力的测量，成熟的测量技术既有设备测量类，也有数学模型测量类。然而，对于泥石流垂向冲击力的测量，现有技术甚为稀缺。这主要是受限于泥石流复杂多相流体的特性使得直接监测泥石流垂向冲击力分布数据极为困难。数据采集的困难又进一步制约了立足于专业原理推导构建与验证数学模型。
4、现有技术field measurement of basal forces
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是针对现有技术的不足，提供一种泥石流垂向冲击力测量技术，解决垂向冲击力分布测量的问题，并提供该方法的应用。
2、为实现上述目的，本专利技术首先提供泥石流垂向冲击力分布测量方法，技术方案如下。
3、一种泥石流垂向冲击力分布测量方法，其特征在于：确定泥石流垂向冲击力的测量断面，采集测量断面上泥石流横向冲击力数据，将泥石流横向冲击力数据归一化得到归一化横向冲击力数据ft，对ft进行概率密度函数拟合，得到pdft，依据由pdft与ft表达的pdfv计算模型式1测算测量断面上泥石流垂向冲击力概率密度分布pdfv；
4、pdfv＝(ft,pdft) 式1
5、所述式1的构建方法是，利用泥石流冲击实验采集实验断面上的泥石流冲击力数据，所述泥石流冲击力数据包括横向冲击力数据、垂向冲击力数据，分别将横向冲击力数据、垂向冲击力数据归一化，得到归一化横向冲击力数据ft、归一化垂向冲击力数据fv，分别对ft、fv进行概率密度函数拟合，得到pdft、pdfv，分别评估筛选pdft、pdfv，利用筛选出的pdft、pdfv构建式1模型。
6、上述泥石流垂向冲击力分布测量方法是一种以实验研究数据为基础的泥石流冲击现场测量方法。本专利技术前期研究发现并证明了在同一测量断面上，泥石流横向冲击力与垂向冲击的概率密度分布具有映射关系，由此则可利用实验测试数据构建计算模型，从而将野外难以测量的泥石流垂向冲击力问题转化为横向冲击力问题，解决现场测量难题。
7、上述泥石流垂向冲击力分布测量方法的优化是，提供两种方案，包括如下二种方案之一。
8、方案一：概率密度函数是log-logistic函数，式1模型由式2表达；式中，pdfv-ll－泥石流垂向冲击力log-logistic概率密度分布，σt－pdft形状参数，无量纲，pdft确定，ft－归一化横向冲击力数据，无量纲，e－自然常数，无量纲，z－计算中间量，无量纲，μt－pdft分布尺度参数，无量纲，pdft确定。
9、
10、方案二：概率密度函数是gamma函数，式1模型由式3表达；式中，pdfv-g－泥石流垂向冲击力gamma概率密度分布，at－pdft形状参数，无量纲，pdft确定，bt－pdft分布尺度参数，无量纲，pdft确定，ft－归一化横向冲击力数据，无量纲，γ(at)－自变量为a时的gamma函数值，e－自然常数，无量纲，a,b,c－分别为计算中间量，无量纲。
11、
12、本专利技术还提供基于上述泥石流垂向冲击力分布测量方法的泥石流冲击力测量系统，技术方案如下。
13、一种利用上述泥石流垂向冲击力分布测算方法实现的泥石流冲击力测量系统，其特征在于：确定泥石流沟道内测量断面，在测量断面布置泥石流冲击力测量设备并与上位机/计算中心信号连接；测量设备获取泥石流横向冲击力数据输入所述上位机/计算中心，上位机/计算中心利用所述泥石流垂向冲击力分布测量方法计算测量断面上泥石流垂向冲击力分布。
14、上述测量系统也可以是一种泥石流水槽实验系统，将泥石流垂向冲击力分布测算方法配置到泥石流水槽实验系统的上位机或计算中心。
15、在泥石流防治工程中，泥石流冲击力破坏是工程设计和/或运行监测中的重要内容。其中，横向冲击力主要对拦挡结构/构筑体造成直接冲击破坏；垂向冲击力主要对泥石流沟道沟床造成侵蚀破坏。因而，通过布置监测装置，监测泥石流冲击力特征数据，能够监测防治工程运行情况，或者能够评价防治工程设计方案。故此，本专利技术基于上述技术方案进一步提供如下的应用方案。
16、本专利技术上述泥石流垂向冲击力分布测算方法或上述泥石冲击力测量系统的应用，其特征在于：应用于泥石流防治工程和/或泥石流灾害的监测/评价分析。
17、具体地，上述应用可以是，在设计测量断面上监测泥石流冲击力实时数据，再根据冲击力实时数据与预置冲击力预置阈值条件的关系进行监测/评价分析；所述冲击力实时数据包括测量断面上泥石流横向冲击力与纵向冲击力。其中，监测/评价分析包括，泥石流防治工程迎流面冲击破坏特征分析、泥石流防治工程基础的掏蚀特征分析评估、沟道沟床和/或沟岸侵蚀特征分析评估、泥石流防治工程安全稳定性分析评估。
18、本技术中所称现场调查，包括了针对泥石流沟道现场的各种地质勘察、踏勘、测绘、测量工作，以及领域内现有模拟实验、测试实验、观测实验、分析实验，以及历本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.泥石流垂向冲击力分布测量方法，其特征在于：确定泥石流垂向冲击力的测量断面，采集测量断面上泥石流横向冲击力数据，将泥石流横向冲击力数据归一化得到归一化横向冲击力数据FT，对FT进行概率密度函数拟合，得到PDFT，依据由PDFT与FT表达的PDFV计算模型式1测算测量断面上泥石流垂向冲击力概率密度分布PDFV；
2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：以Sinkhorn distance指标、Wasserstein Distance指标评估筛选PDFT、PDFV。
3.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：将泥石流横向冲击力数据除以时间平均值得到得到归一化横向冲击力数据FT。
4.根据权利要求3所述测量方法，其特征在于：是如下二种方案之一：方案一：概率密度函数是Log-Logistic函数，拟合所得PDFT记为PDFT-LL，式1模型由式2表达，
5.利用权利要求1～4任一所述泥石流垂向冲击力分布测算方法实现的泥石流冲击力测量系统，其特征在于：确定泥石流沟道内测量断面，在测量断面布置泥石流冲击力测量设备并与上位机/计算中心信号
6.根据权利要求5所述泥石流冲击力测量系统，其特征在于：是泥石流水槽实验系统，将所述泥石流垂向冲击力分布测算方法配置到泥石流水槽实验系统的上位机或计算中心。
7.权利要求1～4任一所述泥石流垂向冲击力分布测算方法或权利要求5所述泥石冲击力测量系统的应用，其特征在于：应用于泥石流防治工程和/或泥石流灾害的监测/评价分析。
8.根据利用权利要求7所述应用，其特征在于：在设计测量断面上监测泥石流冲击力实时数据，再根据冲击力实时数据与预置冲击力预置阈值条件的关系进行监测/评价分析；所述冲击力实时数据包括测量断面上泥石流横向冲击力与纵向冲击力。
9.根据利用权利要求8所述应用，其特征在于：所述监测/评价分析包括，泥石流防治工程迎流面冲击破坏特征分析、泥石流防治工程基础的掏蚀特征分析评估、沟道沟床和/或沟岸侵蚀特征分析评估、泥石流防治工程安全稳定性分析评估。
10.根据权利要求9所述应用，其特征在于：所述泥石流防治工程建筑是设计中或者运行中的泥石流拦挡建筑物/构筑体。
...【技术特征摘要】
1.泥石流垂向冲击力分布测量方法，其特征在于：确定泥石流垂向冲击力的测量断面，采集测量断面上泥石流横向冲击力数据，将泥石流横向冲击力数据归一化得到归一化横向冲击力数据ft，对ft进行概率密度函数拟合，得到pdft，依据由pdft与ft表达的pdfv计算模型式1测算测量断面上泥石流垂向冲击力概率密度分布pdfv；
2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：以sinkhorn distance指标、wasserstein distance指标评估筛选pdft、pdfv。
3.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于：将泥石流横向冲击力数据除以时间平均值得到得到归一化横向冲击力数据ft。
4.根据权利要求3所述测量方法，其特征在于：是如下二种方案之一：方案一：概率密度函数是log-logistic函数，拟合所得pdft记为pdft-ll，式1模型由式2表达，
5.利用权利要求1～4任一所述泥石流垂向冲击力分布测算方法实现的泥石流冲击力测量系统，其特征在于：确定泥石流沟道内测量断面，在测量断面布置泥石流冲击力测量设备并与上位机/计算中心信号连接；测量设备获取泥石流横向冲击力数据输入所...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯涵璐，唐辉，严炎，祖润亚，崔一飞，向斌，郭剑，王烁帆，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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