一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置及方法
专利汇可以提供一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置及方法，所述模型试验装置包括 框架 系统、模型系统、循环系统和导流系统，所述框架系统构成平面品字型试验空间并为模型试验装置提供 支撑 保护，所述模型系统安装于框架系统的品字型试验空间中部，所述循环系统和导流系统均对称地安装于框架系统的品字型试验空间两翼；所述模型系统采用土体材料和监测设备构建海底滑坡模型并监测其动态响应；所述循环系统用于驱动试验装置内的 水 沙实现潮流模拟；所述导流系统采用导流板和升降平台控制并调整循环潮流的流态。本发明充分考虑了潮汐通道内循环潮流和冲刷侵蚀作用对海底滑坡的动态影响，可用于研究潮汐通道内海底滑坡的成因机制和失稳过程研究。，下面是一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置，其特征在于：所述模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置包括框架系统、模型系统、循环系统和导流系统，所述框架系统构成平面品字型试验空间并为模型试验装置提供支撑保护，所述模型系统安装于框架系统的品字型试验空间中部，所述循环系统和导流系统均对称地安装于框架系统的品字型试验空间两翼；所述模型系统采用土体材料和监测设备构建海底滑坡模型并监测其动态响应；所述循环系统用于驱动试验装置内的水沙实现潮流模拟；所述导流系统采用导流板和升降平台控制并调整循环潮流的流态；
所述框架系统包括支撑柱、框架柱、框架梁、玻璃板、牛腿、底板、纵梁和横梁，所述支撑柱、框架柱和框架梁构成整个模型试验装置的基本框架；所述玻璃板安装于框架柱和框架梁之间，构成整个试验装置的外立面；所述牛腿固连于支撑柱内侧，用于支撑循环系统的循环沉砂池；所述底板为平板状构件，固连于模型试验装置中部的支撑柱之间，用于支撑模型系统；所述纵梁为长条状构件，固连于试验装置两翼的支撑柱之间，用于支撑导流系统的剪刀撑；所述横梁为长条状构件，固连于纵梁之间，用于支撑导系统的顶升千斤顶；
所述模型系统包括滑坡模型、微型位移传感器和微型孔压监测计，所述滑坡模型为具有一定地形的土体材料缩比试验模型；所述微型位移传感器用于动态监测滑坡模型体内不同位置的位移在试验过程中的变化情况；所述微型孔压监测计用于动态监测滑坡模型体内不同位置的孔隙水压力在试验过程中的变化情况；所述微型位移传感器和微型孔压监测计的记录信息，可用于分析滑坡模型在循环潮流作用下的动态响应，从而揭示滑坡模型的成因机制及破坏过程；
所述循环系统包括变频水泵、变频控制箱、水泵进水管、水泵出水口、循环沉砂池、水池底孔和底孔紧固扣，所述变频水泵叠层成列地固连于导流系统的升降平台上，用于驱动试验装置内的水沙流，并通过变频实现输出水沙流流量控制；所述变频控制箱设置于变频水泵上方，用于控制并调整变频水泵的输入电流频率；所述水泵进水管设于变频水泵后端，弯折并伸入导流系统的所述升降平台下方；所述水泵出水口设于变频水泵前端；所述循环沉砂池为中空管廊构件，通过穿越试验装置的底部连接试验装置的两翼，从而实现试验装置内水沙潮流的循环并用于沉淀水沙潮流中过多的泥沙物质；所述水池底孔开设于循环沉砂池底部中间位置，可在试验结束后开启并清理循环沉砂池内的泥沙物质；所述底孔紧固扣沿水池底孔均匀分布，在试验过程中扣紧水池底孔，用于防止水沙外渗；
所述导流系统包括剪刀撑、升降平台、铰链底座、铰链、顶升千斤顶、千斤顶底座、顶升横梁、导流板、导流板转轴、导流翼和导流板固定螺栓，所述剪刀撑通过铰链底座分别与底部的框架系统的纵梁和顶部的升降平台可转动地连接；所述铰链为剪刀撑内部的可转动连接构件；所述顶升千斤顶的底部通过千斤顶底座与框架系统的横梁可转动地连接，顶升千斤顶的顶部通过顶升横梁与剪刀撑连接，从而为升降平台的升降提供动力；所述导流板开设于升降平台中部，通过导流板转轴与升降平台可转动地连接；所述导流翼垂直地固连于导流板上；所述导流板固定螺栓用于固定抬升状态的导流板；开展试验时，试验装置两翼的导流板配合使用，出水口一端的导流板处于平置状态，所述导流板顶部的导流翼可以引流各个变频水泵驱动的水沙流，从而实现循环潮流的流态控制；进水口一端的导流板处于抬升固定状态，水沙流在经过模型系统的滑坡模型后可在导流板底部的引流下直接回流至循环沉砂池，同时又可保护导流板后方的变频水泵和变频控制箱免受水沙流冲击。
2.一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验方法，其特征在于：所述模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验方法应用权利要求1所述的模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置，并包括以下步骤：
（1）滑坡模型制备：根据试验要求，采用标准砂、重塑粘土和膨润土按照一定的配合比混合均匀，加入1%的水泥及适量清水后充分搅拌成备用土料，将备用土料在框架系统的底板上分层堆砌成具有一定地形特征的滑坡模型；
（2）监测设备安装：在滑坡模型制备过程中，分层预埋微型位移传感器和微型孔压监测计，在滑坡模型堆砌完成后，将所有预埋监测设备与主机连接，调试并获得初始监测数据；
（3）导流系统调整：通过试验装置两翼的顶升千斤顶，分别调整两翼升降平台的高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致；将左翼导流板置于水平状态，将右翼的导流板置于抬升状态，并采用导流板固定螺栓将导流板的位置固定；在试验装置内缓慢注入清水至预设高度，静置48小时；
（4）循环潮流模拟：启动左翼的变频水泵，通过变频控制箱调整左翼不同位置变频水泵的输出水沙流量，并在导流翼的作用下从左往右生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵；重新调整两翼的升降平台高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致，对换试验装置左右两翼导流系统和循环系统的设置，从右往左生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵，从而完成一个循环的潮流模拟；
（5）重复试验：根据步骤（3）和（4），重复开展循环潮流模拟，直至滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下位移变形超过预定量值或者发生失稳破坏时，结束试验；
（6）数据处理：根据微型位移传感器和微型孔压监测计记录的数据，绘制滑坡模型体内不同位置的位移和孔压随时间的变化曲线；根据位移-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的变形发展趋势；根据孔压-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的孔压变化规律；
（7）试验装置清理：结束试验后，打开循环沉砂池底部的水池底孔，排出试验装置内部的泥水混合物；用清水反复冲洗试验装置内部，直至水池底孔排出清澈水流为止。
一种模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置及方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述框架系统包括支撑柱、框架柱、框架梁、玻璃板、牛腿、底板、纵梁和横梁，所述支撑柱、框架柱和框架梁构成整个模型试验装置的基本框架；所述玻璃板安装于框架柱和框架梁之间，构成整个试验装置的外立面；所述牛腿固连于支撑柱内侧，用于支撑循环系统的循环沉砂池；所述底板为平板状构件，固连于模型试验装置中部的支撑柱之间，用于支撑模型系统；所述纵梁为长条状构件，固连于试验装置两翼的支撑柱之间，用于支撑导流系统的剪刀撑；所述横梁为长条状构件，固连于纵梁之间，用于支撑导系统的顶升千斤顶；
所述模型系统包括滑坡模型、微型位移传感器和微型孔压监测计，所述滑坡模型为具有一定地形的土体材料缩比试验模型；所述微型位移传感器用于动态监测滑坡模型体内不同位置的位移在试验过程中的变化情况；所述微型孔压监测计用于动态监测滑坡模型体内不同位置的孔隙水压力在试验过程中的变化情况；所述微型位移传感器和微型孔压监测计的记录信息，可用于分析滑坡模型在循环潮流作用下的动态响应，从而揭示滑坡模型的成因机制及破坏过程；
所述循环系统包括变频水泵、变频控制箱、水泵进水管、水泵出水口、循环沉砂池、水池底孔和底孔紧固扣，所述变频水泵叠层成列地固连于导流系统的升降平台上，用于驱动试验装置内的水沙流，并通过变频实现输出水沙流流量控制；所述变频控制箱设置于变频水泵上方，用于控制并调整变频水泵的输入电流频率；所述水泵进水管设于变频水泵后端，弯折并伸入导流系统的所述升降平台下方；所述水泵出水口设于变频水泵前端；所述循环沉砂池为中空管廊构件，通过穿越试验装置的底部连接试验装置的两翼，从而实现试验装置内水沙潮流的循环并用于沉淀水沙潮流中过多的泥沙物质；所述水池底孔开设于循环沉砂池底部中间位置，可在试验结束后开启并清理循环沉砂池内的泥沙物质；所述底孔紧固扣沿水池底孔均匀分布，在试验过程中扣紧水池底孔，用于防止水沙外渗；
所述导流系统包括剪刀撑、升降平台、铰链底座、铰链、顶升千斤顶、千斤顶底座、顶升横梁、导流板、导流板转轴、导流翼和导流板固定螺栓，所述剪刀撑通过铰链底座分别与底部的框架系统的纵梁和顶部的升降平台可转动地连接；所述铰链为剪刀撑内部的可转动连接构件；所述顶升千斤顶的底部通过千斤顶底座与框架系统的横梁可转动地连接，顶升千斤顶的顶部通过顶升横梁与剪刀撑连接，从而为升降平台的升降提供动力；所述导流板开设于升降平台中部，通过导流板转轴与升降平台可转动地连接；所述导流翼垂直地固连于导流板上；所述导流板固定螺栓用于固定抬升状态的导流板；开展试验时，试验装置两翼的导流板配合使用，出水口一端的导流板处于平置状态，所述导流板顶部的导流翼可以引流各个变频水泵驱动的水沙流，从而实现循环潮流的流态控制；进水口一端的导流板处于抬升固定状态，水沙流在经过模型系统的滑坡模型后可在导流板底部的引流下直接回流至循环沉砂池，同时又可保护导流板后方的变频水泵和变频控制箱免受水沙流冲击。
（1）滑坡模型制备：根据试验要求，采用标准砂、重塑粘土和膨润土按照一定的配合比混合均匀，加入1%的水泥及适量清水后充分搅拌成备用土料，将备用土料在框架系统的底板上分层堆砌成具有一定地形特征的滑坡模型；
（2）监测设备安装：在滑坡模型制备过程中，分层预埋微型位移传感器和微型孔压监测计，在滑坡模型堆砌完成后，将所有预埋监测设备与主机连接，调试并获得初始监测数据；
（3）导流系统调整：通过试验装置两翼的顶升千斤顶，分别调整两翼升降平台的高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致；将左翼导流板置于水平状态，将右翼的导流板置于抬升状态，并采用导流板固定螺栓将导流板的位置固定；在试验装置内缓慢注入清水至预设高度，静置48小时；
（4）循环潮流模拟：启动左翼的变频水泵，通过变频控制箱调整左翼不同位置变频水泵的输出水沙流量，并在导流翼的作用下从左往右生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵；重新调整两翼的升降平台高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致，对换试验装置左右两翼导流系统和循环系统的设置，从右往左生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵，从而完成一个循环的潮流模拟；
（5）重复试验：根据步骤（3）和（4），重复开展循环潮流模拟，直至滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下位移变形超过预定量值或者发生失稳破坏时，结束试验；
（6）数据处理：根据微型位移传感器和微型孔压监测计记录的数据，绘制滑坡模型体内不同位置的位移和孔压随时间的变化曲线；根据位移-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的变形发展趋势；根据孔压-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的孔压变化规律；
（7）试验装置清理：结束试验后，打开循环沉砂池底部的水池底孔，排出试验装置内部的泥水混合物；用清水反复冲洗试验装置内部，直至水池底孔排出清澈水流为止。
（2）本发明所提供的模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置采用叠层成列布置变频水泵，可以精确控制输出水沙流流量，从而实现一定流态特征的水沙潮流模拟，使得试验装置内的模拟潮流与实际情况相匹配；
（3）本发明所提供的模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置采用多功能导流板，在出水口一端实现引导并稳定潮流的功能；在进水口一端实现保护变频水泵和变频控制箱免受水沙流冲击的功能；
（4）本发明所提供的模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置采用一种带底孔的循环沉砂池，实现了水沙流的内部循环和泥沙沉淀功能，并且在试验结束后可以通过底孔将沉淀的泥沙排出。
附图说明
图3为本发明所提供的模拟潮汐通道海底滑坡的模型试验装置的左视图；
图4为图1中的A-A’剖面图；
图5为图1中的B-B’剖面图；
图6为图1中的C-C’剖面图；
图中：1-支撑柱；2-框架柱；3-框架梁；4-玻璃板；5-牛腿；6-底板；7-纵梁；8-横梁；9-滑坡模型；10-微型位移传感器；11-微型孔压监测计；12-变频水泵；13-变频控制箱；14-水泵进水管；15-水泵出水口；16-循环沉砂池；17-水池底孔；18-底孔紧固扣；19-升降平台；20-导流板转轴；21-导流板；22-导流翼；23-剪刀撑；24-铰链；25-铰链底座；26-顶升横梁；27-顶升千斤顶；28-千斤顶底座；29-导流板固定螺栓。
具体实施方式
（2）监测设备安装：在滑坡模型制备过程中，分层预埋微型位移传感器和微型孔压监测计，在滑坡模型堆砌完成后，将所有预埋监测设备与主机连接，调试并获得初始监测数据；
（3）导流系统调整：通过试验装置两翼的顶升千斤顶，分别调整两翼升降平台的高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致；将左翼导流板置于水平状态，将右翼的导流板置于抬升状态，并采用导流板固定螺栓将导流板的位置固定；在试验装置内缓慢注入清水至预设高度，静置48小时；
（4）循环潮流模拟：启动左翼的变频水泵，通过变频控制箱调整左翼不同位置变频水泵的输出水沙流量，并在导流翼的作用下从左往右生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵；重新调整两翼的升降平台高度与滑坡模型靠水道侧的高度基本一致，对换试验装置左右两翼导流系统和循环系统的设置，从右往左生成具有一定流态特征的潮流，维持一定时间后关闭变频水泵，从而完成一个循环的潮流模拟；
（5）重复试验：根据步骤（3）和（4），重复开展循环潮流模拟，直至滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下位移变形超过预定量值或者发生失稳破坏时，结束试验；
（6）数据处理：根据微型位移传感器和微型孔压监测计记录的数据，绘制滑坡模型体内不同位置的位移和孔压随时间的变化曲线；根据位移-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的变形发展趋势；根据孔压-时间曲线研究滑坡模型在循环潮流和冲刷侵蚀作用下不同位置的孔压变化规律；
（7）试验装置清理：结束试验后，打开循环沉砂池底部的水池底孔，排出试验装置内部的泥水混合物；用清水反复冲洗试验装置内部，直至水池底孔排出清澈水流为止。
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