本发明公开了一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置及其方法，支架系统起到整个装置支撑受力与安装调整的作用；泥石流浆料输送系统为软管将物料箱及废料池连接，通过涡轮泵将废料池中的泥料输送到物料箱，物料箱中的物料通过输送管道中的浆料定速输送器冲入运移沟槽；多级堵溃控制系统为多个翻盖档板，通过电磁开关及电动卷线机控制翻盖档板的开合，用来模拟泥石流逐级溃决；监测系统为水平沟槽侧壁上设置刻度尺，泥石流流速监测装置及泥石流撞击力监测装置并排串联于水平沟槽顶端的连接杆上，可以实时采集溃坝过程中泥石流速度、撞击力及泥位。本发明装置安装简便，测量数据准确且全面，设置回收装置，可反复利用、安全环保。
1.一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于，包括支架系统；泥石流浆料输送系统；多级堵溃控制系统；监测系统；
所述支架系统包括：可伸缩支架（11）、运移沟槽（12）以及刚性支撑板（13）；运移沟槽（12）包括依次连接的倾斜沟槽（122）和水平沟槽（123）；
所述泥石流浆料输送系统包括：物料箱（21）与运移沟槽（12）之间连接输送管道（22），运移沟槽（12）末端放置有废料池（25），废料池（25）与物料箱（21）之间设有软管（26）和涡轮泵（27），将废料池（25）中的泥料重新回收到物料箱（21）；
所述多级堵溃控制系统包括：多个翻盖档板（31）分别设置在倾斜沟槽（122）中，翻盖档板（31）下端焊接中心轴（34），中心轴（34）通过轴承（33）安装在倾斜沟槽（12）内的底部，中心轴（34）的转动由电磁开关（35）控制，从而控制所述翻盖档板（31）的开合；翻盖档板（31）上分布有泄水孔（32），用来模拟泥石流堵溃前发生渗流的情况；
监测系统包括：水平沟槽（122）中段侧壁上用于测量泥位的刻度尺（44），水平沟槽（122）一旁设置高清摄像仪（45）及用来接收监测数据的PC端（46）；流速监测装置（42）及泥石流撞击力监测装置（43）并排串联于不锈钢的连接杆（41）上，连接杆（41）两端固定在水平槽（12）中段的侧壁上部。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于：所述可伸缩支架（11）包括可使其移动的定向脚轮（111），定向脚轮（111）与伸缩管（112）连接，伸缩杆（113）套接于伸缩管（112）中，实现支撑杆的可伸缩功能；
水平沟槽（123）处设置监测装置，且水平沟槽（123）高于地面；
刚性支撑板（13）焊接于物料箱（21）以及输送管道（22）的侧壁底部，用于承载电机（24）。
3.根据权利要求2所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于：用于承载物料箱（21）及输送管道（22）的可伸缩支架（11）上，相邻伸缩管（112）安装“x”形横向辅助支架（114），此处可伸缩支架（11）高度一致；
用于支撑物料箱（21）到废料池（25）的可伸缩支架（11），高度从物料箱（21）到废料池（25）方向呈递减状态，用来模拟泥石流下滑山道的沟槽形结构；
运移沟槽（12）两侧立板为透明钢化玻璃，每段倾斜沟槽（122）通过转动轴（121）连接，用于改变倾斜沟槽（122）的角度。
4.根据权利要求1所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于：所述泥石流浆料输送系统位于该试验装置的两端，物料箱（21）呈梯形漏斗状，其侧壁底部矩形开口与输送管道（22）进口端连接，输送管道（22）管口的高度低于物料箱（21）及运移沟槽（12）；输送管道（22）中配置浆料定速输送器（23）；
试验装置末端的废料池（25）上端与水平沟槽（123）的出口连接，侧壁底部与软管（26）的一端相接。
5.根据权利要求4所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于：浆料定速输送器（23）包括中心轴（233）和若干不锈钢矩形扇板（231），扇板（231）间隔一定间距围绕中心轴360°垂直焊接；浆料定速输送器（23）通过一段中心轴（233）穿过输送管道（22）外壁与电机（24）连接，电机（24）的机座（241）通过螺栓（242）固定在刚性支撑板（13）上；在中心轴（233）的端面与电机轴的连接处配置联轴器（243），配合轴承（232）实现电机（24）带动浆料定速输送器（23）转动，用来调整水流的初始速度和运动方向。
6.根据权利要求5所述的一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，其特征在于：所述多级堵溃控制系统设置于倾斜沟槽（122）中；翻盖档板（31）两侧与倾斜沟槽（122）留有一定缝隙，且翻盖档板（31）上分布一些呈“品”字形分布的泄水孔（32），用来模拟泥石流堵溃前发生渗流的情况；
在倾斜沟槽（122）侧壁对应中心轴（34）位置以及中心轴（34）的两端竖直向下焊接倒“L”形方钢（351），铁片（352）、电磁铁片（353）分别焊接在两个方钢（351）上，通电时电磁铁片（353）与铁片（352）相吸，翻盖档板（31）处于闭合状态，断电时电磁铁片（353）失去磁力，翻盖档板（31）打开；
与中心轴连接的倒“L”形方钢（351）底部焊接竖直向下的圆环（354）；配置一电动机（36），电动机（36）的机座（361）通过螺栓（362）固定在水平沟槽（123）附近的地面上，电动机（36）的转轴（363）末端固定在卷筒（37）筒壁内侧，钢丝绳（39）通过绳引（38）固定缠绕在卷筒（37）上，另一端连接有拉环锁扣（355），被配置为能够使翻盖档板（31）闭合的装置。
7.一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验方法，其特征在于，采用权利要求6所述的装置，包括以下步骤：
S1、安装试验装置，打开电磁开关（35）电源，保持翻盖档板（31）闭合；并根据实际泥石流样本按几何配比配置试验物料，将配置好的物料倒入废料池（25）中，开启涡轮泵（27），通过软管（26）不断向物料箱（21）输送物料；
S2、考虑一个翻盖挡板（31）工况下，设定一个倾斜沟槽（122）试验坡度，并结合泥石流实际发生时的速度，给浆料定速输送器（23）设置一个初速度，不断向运移沟槽（12）输送物料，使翻盖挡板（31）前物料满库；然后逐渐降低翻盖档板（31）对应电磁开关（35）的电源输出功率直至翻盖档板（31）自动打开，设置此时的电磁开关（35）的电源输出功率为临界功率P；改变不同倾斜沟槽（122）试验坡度，分别标定不同倾斜沟槽（122）试验坡度下翻盖挡板（31）溃决的电磁开关（35）功率阈值Pi；
S3、将第一级翻盖挡板（31）处的电磁开关（35）功率阈值设置1.2倍P1，并将其他几个翻盖挡板（31）处的电磁开关（35）功率阈值根据其与上一个翻盖挡板（31）间的平均坡度设为
S4、设定某一数量翻盖挡板（31）、倾斜沟槽（122）试验坡度，给浆料定速输送器（23）固定设置标定时的初速度，不断向运移沟槽（12）输送物料，待运移沟槽（12）中各级翻盖挡板（31）前的物料均达设定库存后，关闭控制第一级翻盖挡板（31）电磁开关（35）的电源，在上游泥石流体冲击作用下其余翻盖挡板（31）逐级溃决，高清摄像仪（45）、流速监测装置（42）及泥石流撞击力监测装置（43）分别实时监测并记录运移沟槽（12）尾端或者沟口物料的泥位、流速及撞击力；
S5、打开涡轮泵（27），废料池（25）中的泥料通过软管（26）重新回到物料箱（21），实现循环利用；
S6、浆料定速输送器（23）的速度保持不变，分别改变运移沟槽（12）中翻盖挡板（31）的数量、各级翻盖挡板（31）前的泥石流库存、各级翻盖挡板（31）前的倾斜沟槽（122）平均坡度，重复S2‑S5，以研究不同堵溃点、不同堵塞程度以及不同沟道坡降组合下的泥石流级联堵溃放大效应。
泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及泥石流堵溃效应及防治研究的试验技术领域，具体涉及一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置及其方法。
背景技术
[0002] 泥石流灾害具有爆发突然、运动速度快、冲击力大等特点，在我国这种特殊的灾害时有发生，对人民生命财产安全造成严重威胁。泥石流运动过程中，往往携带大量碎屑物，因其粘度较高，在沟道卡口处、主支沟交汇处、主沟变窄处、树干堵塞点以及大石块堵塞处很容易形成堵溃。在暴雨作用下，堵塞淤积的泥石流堆积体将作为新的泥石流物源产生溃坝型泥石流灾害，可显著增大沟口及沿途的泥石流流量及侵蚀强度。泥石流堵溃后，不仅会对堵塞处上游造成淹没灾害，还将对下游的建筑设施及人民生命财产造成不可估量的损失。此外泥石流冲出沟口容易堵河形成堰塞坝，而且在沟道流域内形成的滑坡、崩塌直接堆积于沟道，也会在沟道形成部分堵塞或完全堵塞，因此流域内的堵溃点通常不止一处，这样多点级联堵溃的放大效应使泥石流危害进一步提高，因此研究泥石流级联堵溃后形成的放大效应为泥石流减灾、抢险工作提供科学依据已是刻不容缓的工作。
[0003] 由于在泥石流的相关试验研究中，野外试验周期长、实施较困难且不易观测。而室内试验周期短、使用方便、可重复、是研究泥石流启动过程及运动规律的有效手段。所以针对泥石流级联堵溃放大效应的模拟试验研究就显得尤为重要，但目前，现有的试验装置仍存在以下不足：
[0004] 其一，现有泥石流堵溃放大效应的试验装置往往只模拟具有一个堆积坝的堵溃现象，而众多大型泥石流沟道往往发育滑塌、坍塌，易形成多级堆积坝，与现场相比误差较大，未能有效还原实地级联堵溃放大效应。
[0005] 其二，现有泥石流堵溃放大效应的试验装置用泥沙堆料模拟坝体，需要人工操作，占用试验人员的大量时间，且易于出现人为误差，试验重复性差，不利于试验便利快捷的进行。
[0006] 其三，现有泥石流堵溃放大效应的试验装置对于泥石流溃决产生的冲击力很难被实时采集记录。
[0007] 其四，现有泥石流堵溃放大效应的试验装置很少能调节水槽的坡度。
发明内容
[0008] 本发明提供了一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置及其方法，通过堵溃模拟试验对泥石流级联堵溃放大效应进行针对性研究。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
[0010] 一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，包括支架系统；泥石流浆料输送系统；多级堵溃控制系统；监测系统。
[0011] 支架系统包括：可伸缩支架、定向脚轮、伸缩管、伸缩杆、横向辅助支架、运移沟槽、转动轴、刚性支撑板。
[0012] 泥石流浆料输送系统主要包括：物料箱、输送管道、浆料定速输送器、扇板、轴承、中心轴、电机、机座、螺栓、联轴器、废料池、软管、涡轮泵。
[0013] 多级堵溃控制系统主要包括：多个翻盖档板、泄水孔、轴承、中心轴、电磁开关、方钢、铁片、电磁铁片、圆环、拉环锁扣、导线、电动卷线机、钢丝绳。
[0014] 监测系统位于运移沟槽的末端，主要包括：连杆、泥石流流速监测装置、同速转叶、导线套筒、弹簧、电阻刷、电极探针、连接座、转轴、泥石流撞击力监测装置、均匀电阻丝、保护罩、撞击板、轴承管、圆柱形刚性杆、伸缩弹簧、长条形刚性杆、扭力弹簧、刻度尺、高清摄像仪、PC端、导线。
[0015] 根据上述方案，运移沟槽固定在可伸缩支架上，两段运移沟槽之间通过转动轴连接。
[0016] 可伸缩支架呈左右对称分布，均布于物料箱、输送管道以及运移沟槽的下方，可调节运移沟槽的坡度，主要由伸缩杆、伸缩管及定向脚轮组成，
[0017] 伸缩杆刚接于物料箱、输送管道以及运移沟槽的下方，伸缩杆套接于伸缩管中，定向脚轮通过螺栓固定安设在伸缩管底部，相邻两个伸缩管之间安装两根横向辅助支架，呈x形刚接于伸缩管上。
[0018] 长方体形的沟槽由左、右侧立板，底板、顶板围合组成，底板表面随机分布凸起结构，有一定的摩擦力，侧面立板为透明钢化玻璃。
[0019] 刚性支撑板焊接在物料箱与输送管道的侧壁底部。
[0020] 根据上述方案，泥石流浆料输送系统主要位于装置的两端，物料箱与运移沟槽之间连接输送管道，在输送管道中放置一浆料定速输送器，运移沟槽末端放置有废料箱，一段软管将物料箱及废料池连接，通过涡轮泵将废料池中的泥料输送到物料箱。
[0021] 物料箱为梯形漏斗状容器，物料箱与运移沟槽之间通过一段输送管道连接，浆料定速输送器设置在输送管道中。
[0022] 浆料定速输送器由一根中心轴和若干不锈钢质矩形扇板组成，扇板间隔一定间距围绕中心轴360°垂直焊接。浆料定速输送器通过一段中心轴穿过输送管道外壁与刚性支撑板上的电机连接。电机的机座通过螺栓固定在刚性支撑板上。在中心轴的端面与电机轴的连接处配置联轴器，配合轴承实现电机带动浆料定速输送器转动。
[0023] 根据上述方案，多级堵溃控制系统设置于运移沟槽的倾斜沟槽中。翻盖档板与沟槽底部通过翻盖档板下端焊接的中心轴连接，中心轴穿过镶嵌在倾斜沟槽两侧立板的轴承与电磁开关刚接，可控制所述翻盖档板的开合。在沟槽侧壁对应中心轴位置以及中心轴的两端焊接倒“L”形方钢。铁片、电磁铁片分别焊接在两个方钢上。与中心轴连接的倒“L”形方钢底部焊接竖直向下的圆环。
[0024] 可根据现场实际情况，灵活设置翻盖档板的数量。翻盖档板呈矩形状，其高度约为倾斜沟槽两侧立板高度的4/5，宽度略窄于倾斜沟槽底板，因此翻盖挡板两侧与沟槽留有一定缝隙，且翻盖档板上均匀布设一些呈“品”字形的泄水孔。
[0025] 在中心轴两端分别焊接倒“L”形方钢及铁片，在沟槽侧壁底部靠近中心轴位置分别焊接倒“L”形方钢及电磁铁片，电磁铁片通过导线连接蓄电装置，通电时铁片和电磁铁片相吸，翻盖档板处于闭合状态，断电时电磁片失去磁力，翻盖档板打开，被配置为能够控制所述翻盖档板的开合。
[0026] 设置电磁铁功率阈值P，当达到功率P时，电磁铁失去磁力，同时在重力作用下翻盖档板打开。
[0027] 电动卷线机由电动机带动，电动机机座通过螺栓固定在水平沟槽附近的地面上，卷筒筒壁内侧固定在电动机的转轴末端。钢丝绳一端通过绳引固定缠绕在卷筒上，另一端连接有拉环锁扣。
[0028] 根据上述方案运移沟槽靠近排放口的水平槽中设置有监测系统，被配置为能够测量物料在沿沟槽下落时的速度、泥位、冲击力。在沟槽内部划出刻度线，沟槽一侧放置高清摄像仪，高清摄像仪镜头对准刻度线位置。泥石流流速监测装置、泥石流撞击力监测装置并排串联于不锈钢连接杆上，连接杆两端焊接在水平沟槽中段的侧壁上部，其导线最终与PC端连接实现数据的实时采集。
[0029] 泥石流流速监测装置结构为：一个转轴的内环刚接于连杆，转轴的外环沿其径向均匀固定八根绝缘刚性杆，在每根绝缘刚性杆上均焊接有电阻刷；绝缘刚性杆的端部焊接有圆形叶片状的同速转叶。转轴两侧设有导线套筒，通过连接座与连杆连接，导线套筒末端装有电极探针，与电阻刷配合接触，电极探针与导线套筒之间通过弹簧连接。
[0030] 泥石流撞击力监测装置包括：一个轴承管与连杆刚性连接，轴承管内外管壁中间用四个扭力弹簧连接，轴承管外壁沿其径向设置两根绝缘刚性杆。其中一端的绝缘刚性杆呈矩形条状下接撞击板，用于接收泥石流原位撞击力。转轴的另一端的绝缘刚性杆呈圆柱状，末端空孔设有电极探针。该装置外接刚性保护罩，通过焊接的方式刚接于轴承管内壁。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。
[0031] 本发明的另一目的是提供一种采用上述装置的试验方法。
[0032] 泥石流级联堵溃放大效应模拟试验方法，包括以下步骤：
[0033] S1、安装试验装置，打开电磁开关电源，保持翻盖档板闭合。并根据实际泥石流样本按几何配比配置试验物料，将配置好的物料倒入废料池中，开启涡轮泵，通过软管不断向物料箱输送物料。
[0034] S2、考虑一个翻盖挡板工况下，设定一个倾斜沟槽试验坡度，并结合泥石流实际发生时的速度，给浆料定速输送器设置一个初速度，不断向运移沟槽输送物料，使翻盖挡板前物料满库。然后逐渐降低翻盖档板对应电磁开关的电源输出功率直至翻盖档板自动打开，设置此时的电磁开关的电源输出功率为临界功率P。改变不同倾斜沟槽试验坡度，分别标定不同倾斜沟槽试验坡度下翻盖挡板溃决的电磁开关功率阈值Pi。
[0035] S3、将第一级翻盖挡板处的电磁开关功率阈值设置1.2倍P1(方便手动调节溃决)，并将其他几个翻盖挡板处的电磁开关功率阈值根据其与上一个翻盖挡板间的平均坡度设为1.05Pi(上游稍加压力便自动溃决)，试验开始前准备就绪。
[0036] S4、设定某一数量翻盖挡板、倾斜沟槽试验坡度，给浆料定速输送器固定设置标定时的初速度，不断向运移沟槽输送物料，待运移沟槽中各级翻盖挡板前的物料均达设定库存后，关闭控制第一级翻盖挡板电磁开关的电源，在上游泥石流体冲击作用下其余翻盖挡板逐级溃决，高清摄像仪、泥石流流速及撞击力监测装置分别实时监测并记录运移沟槽尾端(沟口)物料的泥位、流速及撞击力。
[0037] S5、打开涡轮泵，废料池中的泥料通过软管重新回到物料箱，实现循环利用。
[0038] S6、浆料定速输送器的速度保持不变，分别改变运移沟槽中翻盖挡板的数量、各级翻盖挡板前的泥石流库存、各级翻盖挡板前的倾斜沟槽平均坡度，重复S2‑S5，以研究不同堵溃点(0，1，2，3……)、不同堵塞程度(1/2、1/3、1/5库)以及不同沟道坡降组合下的泥石流级联堵溃放大效应。
[0039] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0040] 1、现有试验装置很少有模拟级联堵溃放大效应的装置，该装置安装多个翻盖档板，通过设置功率阈值控制电磁装置开关，有效地模拟级联堵溃放大效应，同时也减少了人员工作量，提高工作效率。翻盖档板上面、侧面允许过流，并在板面上设置多个溢流孔，较好地模拟泥石流堵塞体内部渗流。
[0041] 2、利用伸缩架可调整伸缩槽的长度和倾角，输送管道中设置浆料定速输送器，给泥料一定的初速度，避免由于浆体存放时间过长造成水石分离情况，很大情况上改善了浆体淤积情况。
[0042] 3、由于档板是翻盖式，并且翻盖的方向与物料冲出的方向一致，从而其在开启时对物料的阻碍作用较小，并且仅需要一个中心轴和轴承实现与沟槽连接，成本较为低廉。本试验装置通过电磁单元控制翻盖档板的开合，由于电磁力本身吸力较强且不易磨损，同时电磁力本身开启速度较快，电磁力能够在一瞬间消失，从而提升翻盖档板的反应速度。
[0043] 4、本发明安装、使用、测量方便，通过监测系统组件，实时采集溃坝过程中的泥位、速度和冲击力，数据准确且全面。设置回收装置，可反复利用、环保。实验装置操作简单，增强便利性，准确性提高。
附图说明
[0044] 图1为本发明装置的结构三维图。
[0045] 图2为本发明装置的浆料定速输送器结构放大示意图。
[0046] 图3为本发明装置的电磁开关结构放大示意图。
[0047] 图4为本发明装置的电动卷线机结构放大示意图。
[0048] 图5为本发明装置的泥石流流速监测装置结构放大示意图。
[0049] 图6为本发明装置的泥石流撞击力监测装置结构放大示意图。
[0050] 图7为泥石流撞击力监测装置正视图。
[0051] 图8为泥石流撞击力监测装置剖面正视图。
具体实施方式
[0052] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：11：可伸缩支架，111：定向脚轮，112：伸缩管，113：伸缩杆，114横向辅助支架，12：运移沟槽，
121：转动轴，122：倾斜沟槽，123：水平沟槽，13：刚性支撑板，21：物料箱，22：输送管道，23：
浆料定速输送器，231：扇板，232：轴承，233：中心轴，24：电机，241：机座，242：螺栓，243：联轴器，25：废料池，26：软管，27：涡轮泵，31：翻盖档板，32：泄水孔，33：轴承，34：中心轴，35：
电磁开关，351：方钢，352：铁片，353：电磁铁片，354：圆环，355：拉环锁扣，356：导线，36：电动卷线机，361：电动机，362：螺栓，363：机座，364：转轴，365：卷筒，366：绳引，37：钢丝绳，
41：连杆，42：泥石流流速监测装置，421：同速转叶，422：导线套筒，423：弹簧，424：电阻刷，
425：电极探针，426：连接座，427：转轴，428：刚性杆，43：泥石流撞击力监测装置，431：电极探针，432：均匀电阻丝，433：保护罩，434：撞击板，435：轴承管，436：圆柱形刚性杆，437：伸缩弹簧，438：长条形刚性杆，439：扭力弹簧，44：刻度尺，45：高清摄像仪，46：PC端，47：导线。
[0053] 如图1所示，一种泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，包括支架系统；泥石流浆料输送系统；多级堵溃控制系统；监测系统。通过运移沟槽12来模拟河道，同时运移沟槽12另一端的泥石流监测装置可以实时获取泥石流速度、泥位、撞击力特征，多个翻盖档31板模拟泥石流级联堵溃放大情况，提高了泥石流试验模拟的准确性以及数据的完整性。
[0054] 支架系统主要由可伸缩支架11、运移沟槽以12及刚性支撑板13组成。可伸缩支架为承载物料箱21、输送管道22以及运移沟槽12的支撑结构，包括能够使可伸缩支架11移动的定向脚轮111，定向脚轮111上方通过螺栓与伸缩管112连接，伸缩杆113套接于伸缩管112中，实现支撑杆的可伸缩功能。运移沟槽12包括倾斜沟槽122和水平沟槽123，倾斜沟槽122模拟泥石流下滑的结构形式，水平沟槽123处设置泥石流监测装置，且水平沟槽123高于地面。刚性支撑板13焊接于物料箱21以及输送管道22的侧壁底部，用于承载电机24。
[0055] 可伸缩支架11左右对称分布，用于承载物料箱21及输送管道22的支撑杆11高度一致，为了使装置更加稳定，相邻伸缩管安装“x”形横向辅助支架114。其余支撑杆11从物料箱21到废料池25方向高度呈递减状态，用来模拟泥石流下滑山道的沟槽形结构。
[0056] 运移沟槽12为顶端和底端开口结构，顶端为沟槽的进料口，底端为沟槽的出料口，沟槽两侧立板为透明钢化玻璃，每段运移沟槽12通过转动轴121连接，以此可改变沟槽的角度。
[0057] 泥石流浆料输送系统主要包括：物料箱21，输送管道22，浆料定速输送器23，扇板231，轴承232，中心轴233，电机24，机座241，螺栓242，联轴器243，废料池25，软管26，涡轮泵
27。
[0058] 物料箱21为梯形漏斗结构，用于承载能够模拟泥石流的物料等试验材料，物料箱21的侧壁底部矩形开口与输送管道22左端连接，输送管道22管口的高度低于物料箱21及运移沟槽12。输送管道22中配置浆料定速输送器23，使物料在进行试验模拟时具有一定的初始动能。试验装置末端配置有废料池25，废料池25固定于地面上，上端与水平沟槽123的出口连接，侧壁底部与软管26的一端相接。在进行泥石流模拟试验时，物料箱21中的泥石流从输送管道22进入运移沟槽12中，由于运移沟槽12的轨道为下坡状态的沟槽形结构，物料能够通过重力等因素从运移沟槽12另一端排出到废料池25中。
[0059] 如图2所示，浆料定速输送器23通过一段中心轴233穿过输送管道外壁与刚性支撑板上的电机24连接。浆料定速输送器由一根中心轴233和若干不锈钢质矩形扇板231组成，扇板231间隔一定间距围绕中心轴360°垂直焊接。
[0060] 电机24的机座241通过螺栓242固定在刚性支撑板13上，在中心轴233的端面与电机轴的连接处配置联轴器243，配合轴承232实现电机24带动浆料定速输送器23转动，用来调整水流的初始速度和运动方向。
[0061] 初始配置的物料以及从运移沟槽12流出的物料进入废料池25，通过软管26中部连接的涡轮泵27将废料池25中的物料输送到物料箱21。
[0062] 多级堵溃控制系统位于运移沟槽12中，主要包括：多个翻盖档板31、泄水孔32、轴承33、中心轴34、电磁开关35、方钢351、铁片352、电磁铁片353、圆环354、拉环锁扣355、导线356、电动机36、卷筒37、转轴38、钢丝绳39。
[0063] 如图3所示，本实例中设置多个翻盖档板31，配置为模拟泥石流级联堵溃的装置，分别设置在倾斜沟槽122中，与倾斜沟槽123通过翻盖档板31下端焊接的中心轴34连接，中心轴34穿过镶嵌在倾斜沟槽12两侧立板的轴承33与电磁开关35刚接，可控制所述翻盖档板31的开合。翻盖档板31呈矩形状，其高度约为倾斜沟槽122两侧立板高度的4/5，宽度略窄于倾斜沟槽122底板，因此翻盖档板31两侧与倾斜沟槽122留有一定缝隙，且翻盖档板31上分布有呈两个“品”字形分布的泄水孔32，用来模拟泥石流堵溃前发生渗流的情况。
[0064] 在沟槽侧壁对应中心轴34位置以及中心轴34的两端竖直向下焊接倒“L”形方钢351，铁片352、电磁铁片353分别焊接在两个方钢351上。通电时电磁铁片353与铁片352相吸，翻盖档板31处于闭合状态，断电时电磁铁片353失去磁力，翻盖档板31打开。试验进行前，考虑一个翻盖挡板31工况下，设定一个运移沟槽12试验坡度，并结合泥石流实际发生时的速度，给浆料定速输送器23设置一个初速度，不断向运移沟槽12输送物料，使翻盖挡板31前物料满库。然后逐渐降低翻盖档板31对应电磁开关35的电源输出功率直至翻盖挡板31自动打开，设置此时的电磁开关35的电源输出功率为临界功率P。改变不同倾斜沟槽122试验坡度，分别标定不同倾斜沟槽122试验坡度下挡板溃决的电磁开关35功率阈值Pi。当翻盖挡板31前物料达到功率阈值Pi，电磁开关35将自动断电，在物料冲击力以及翻盖档板31自身重力作用下，翻盖挡板31向下翻转，物料逐级冲出。
[0065] 与中心轴连接的倒“L”形方钢351底部焊接竖直向下的圆环354。
[0066] 如图4所示，配置一电动卷线机36，电动卷线机36主要由电动机361带动，电动机361的机座362通过螺栓363固定在水平沟槽123附近的地面上，电动机361的转轴364末端固定在卷筒365筒壁内侧，钢丝绳37一端通过绳引366固定缠绕在卷筒365上，另一端连接有拉环锁扣355，被配置为能够使翻盖档板31闭合的装置。
[0067] 试验进行前，先将电磁开关35通电，通过手工扣合将拉环锁扣355扣在圆环354上。开启电动机361使之带动卷筒365转动，从而拉动钢丝绳37带动方钢351转动。当方钢351转动到竖直方向时，电磁铁片353与铁片352相吸，翻盖档板31保持闭合。当试验进行时，为了防止钢丝绳37拉力对翻盖档板31打开造成影响，需将拉环锁扣355从圆环354上取下。
[0068] 监测系统位于运移沟槽的末端，主要包括：连杆41，泥石流流速监测装置42，同速转叶421，导线套筒422，弹簧423，电阻刷424，电极探针425，连接座426，转轴427，刚性杆428，泥石流撞击力监测装置43，电极探针431，均匀电阻丝432，保护罩433，撞击板434，轴承管435，圆柱形刚性杆436，伸缩弹簧437，长条形刚性杆438，扭力弹簧439，刻度尺44，高清摄像仪45，PC端46，导线47。
[0069] 水平沟槽122中段的侧壁上设置用于测量泥位的刻度尺44，水平沟槽122一旁设置高清摄像仪45及用于接收监测数据的PC端46，高清摄像仪45对准刻度尺44用于拍摄泥石流的泥位。泥石流流速监测装置42及泥石流撞击力监测装置43并排串联于不锈钢连接杆上41，连接杆41两端焊接在水平槽12中段的侧壁上部。
[0070] 如图5所示，泥石流流速监测装置42通过转轴427的内环刚接于连杆41上，转轴427外环沿其径向均匀固定八根绝缘刚性杆，在绝缘刚性杆428的下部焊接有电阻刷424；绝缘刚性杆的端部焊接有圆形叶片状的同速转叶421。转轴427灵敏度高，摩擦阻力几乎可忽略，以确保泥石流流速能高效率转化为同速转轮的转速。转轴427两侧设有两根导线套筒422，通过连接座426与连杆41连接。导线套筒422末端设有电极探针425，与电阻刷424配合接触，电极探针241与导线套筒242之间通过弹簧423连接。具体的技术方案由:CN202120228808.0(一种叶轮式泥石流流速及泥位监测预警装置)公开。
[0071] 泥石流流速监测系统中，电阻刷424是电阻沿着空间环形分布的，且直径大小略大于电极探针425的间距。
[0072] 泥石流流速监测系统中的电极探针241在未发生泥石流时，未接触电阻刷424，电路处于断路状态，节省电量。
[0073] 如图6所示，泥石流撞击力监测装置43被配置为测量泥石流的撞击力，能接收泥石流撞击从而通过轴承管435实现转动，轴承管435内壁刚接于连杆41上，轴承管435外壁沿其径向对称固定两根绝缘刚性杆，其中一根为圆柱形刚性杆436，另一根为长条形刚性杆438，长条形刚性杆438连接有撞击板434接收泥石流的撞击力，另一根圆柱形刚性杆436的末端空孔设有电极探针431，电极探针431与圆柱形刚性杆436之间通过伸缩弹簧437连接。轴承管435内壁刚接有保护罩433，保护罩433弧形内壁上设有均匀电阻丝432，通过导线47接入电路系统，均匀电阻丝432与电极探针425紧密接触。
[0074] 如图7、图8所示，在轴承管435内环和外环之间设置有四个扭力弹簧439，扭力弹簧439两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439的夹角。
[0075] 泥石流撞击力监测系统中的电极探针431在未发生泥石流时，未接触均匀电阻丝432，电路处于断路状态，节省电量。
[0076] 泥石流撞击力监测系统中的长条形撞击板434可调节长度，以满足不同沟深泥石流沟和同一泥石流沟的不同断面位置的监测需求。
[0077] 下面是利用上述的泥石流级联堵溃放大效应模拟试验装置，叙述其试验方法，具体包括如下步骤：
[0078] S1、安装试验装置，打开电磁开关35电源，保持翻盖档板31闭合。并根据实际泥石流样本按几何配比配置试验物料，将配置好的物料倒入废料池25中，开启涡轮泵27，通过软管26不断向物料箱21输送物料。
[0079] S2、考虑一个翻盖挡板31工况下，设定一个倾斜沟槽122试验坡度，并结合泥石流实际发生时的速度，给浆料定速输送器23设置一个初速度，不断向运移沟槽12输送物料，使翻盖挡板31前物料满库。然后逐渐降低翻盖档板31对应电磁开关35的电源输出功率直至翻盖档板31自动打开，设置此时的电磁开关35的电源输出功率为临界功率P。改变不同倾斜沟槽122试验坡度，分别标定不同倾斜沟槽122试验坡度下翻盖挡板31溃决的电磁开关35功率阈值Pi。
[0080] S3、将第一级翻盖挡板31处的电磁开关35功率阈值设置1.2倍P1(方便手动调节溃决)，并将其他几个翻盖挡板31处的电磁开关35功率阈值根据其与上一个翻盖挡板31间的平均坡度设为1.05Pi(上游稍加压力便自动溃决)，试验开始前准备就绪。
[0081] S4、设定某一数量翻盖挡板31、倾斜沟槽122试验坡度，给浆料定速输送器23固定设置标定时的初速度，不断向运移沟槽12输送物料，待运移沟槽12中各级翻盖挡板31前的物料均达设定库存后，关闭控制第一级翻盖挡板31电磁开关35的电源，在上游泥石流体冲击作用下其余翻盖挡板31逐级溃决，高清摄像仪45、泥石流流速42及撞击力监测装置43分别实时监测并记录运移沟槽12尾端(沟口)物料的泥位、流速及撞击力。
[0082] S5、打开涡轮泵27，废料池25中的泥料通过软管26重新回到物料箱21，实现循环利用。
[0083] S6、浆料定速输送器23的速度保持不变，分别改变运移沟槽12中翻盖挡板31的数量、各级翻盖挡板31前的泥石流库存、各级翻盖挡板31前的倾斜沟槽122平均坡度，重复S2‑S5，以研究不同堵溃点(0，1，2，3……)、不同堵塞程度(1/2、1/3、1/5库)以及不同沟道坡降组合下的泥石流级联堵溃放大效应。
