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一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法

阅读：1发布：2022-05-13

专利汇可以提供一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及了一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法，属于泥石流工程防治领域。主要包括：工作基架、物料运输装置、搅拌装置、供水装置、控制面板、浆料输送装置、斜面流变装置，屈服应力测量显示装置。通过所述工作基架、物料运输装置、搅拌装置、供水装置、浆料运输装置、控制面板可将一定粒度成分的物料配置成的泥石流浆体运输至所述斜面流变装置进行流变实验，所述屈服应力测量显示装置采集并处理实验后斜面流变装置上泥石流堆积体数据来计算泥石流浆体的屈服应力，进而在屈服应力测量显示装置上显示。，下面是一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种泥石流屈服应力测量装置，其特征在于：包括工作台基架、物料运输装置、供水装置、搅拌装置、控制面板(1)、浆料输送装置、斜面流变装置，屈服应力测量显示装置；
所述工作台基架包括梁柱子(2)、L型横梁(7)、纵梁(11)、矩形顶板(6)、楼梯(8)、矩形平板(9)；所述梁柱子(2)为四根，所述L型横梁(7)和纵梁(11)各为两根，两根L型横梁(7)、两根纵梁(11)分别平行设置在梁柱子(2)的中上部，固定连接两根相邻的梁柱子；矩形纵梁(11)起到稳固梁柱的作用，L型横梁(7)用于支撑矩形平板(9)，所述矩形平板(9)沿长度方向小于L型横梁(7)长度，所述矩形顶板(6)由梁柱子(2)支撑，每根梁柱子(2)支撑矩形顶板(6)的一个角，所述楼梯(8)上部固定于矩形平板(9)上，下部固定于地面上；
所述物料运输装置包括升降漏斗(4)、升降电机(3)、传送带(5)、固定漏斗(10)；所述升降电机(3)固定于矩形顶板(6)上，所述升降漏斗(4)与升降电机(3)连接，并通过升降电机(3)正反转，可将升降漏斗提升至传送带(5)上，所述固定漏斗(10)通过固定于矩形顶板(6)的定滑轮与传送带(5)末端连接，所述传送带(5)上的物料通过固定漏斗(10)运输至搅拌装置；升降电机(3)、传送带(5)分别通过电线与控制面板(1)的独立供电单元连接，所述控制面板(1)固定于所述纵梁(11)上，且其有若干个供电单元，各供电单元独立工作，互不影响；
所述供水装置包括储水箱(13)、水管(14)、水泵(15)、水阀(16)；所述储水箱(13)固定于矩形平板(9)上，所述水管(14)有4个端口，第一个端口与储水箱(13)连接，第二个端口与水泵(15)连接，第三个端口与水阀(16)连接，第四个端口与搅拌装置连接；所述水泵(15)通过电线与控制面板(1)的一个独立供电单元连接；
所述搅拌装置包括料箱(17)、搅拌机(12)，所述料箱(17)固定于矩形平板(9)上，搅拌机(12)固定与料箱(17)底部，所述搅拌机(12)通过电线与控制面板(1)的一个供电单元连接；
所述浆料输送装置包括出泥浆阀(18)、泥浆泵(19)、出料管(20)、伸缩管(21)、半圆形槽(22)、液压油缸(23)、进料管(24)；所述出料管(20)有四个端口，端口一与料箱(17)连接，端口二与泥浆阀(18)连接，端口三与泥浆泵(19)连接，端口四与所述伸缩管(21)连接，所述伸缩管(21)另一端与进料管(24)连接，进料管(24)的另一端与斜面流变装置连接，其中所述伸缩管(21)由液压油缸(23)支撑，所述液压油缸(23)与伸缩管(21)之间设有半圆形槽(22)；
所述斜面流变装置包括闸门(25)、闸门提升系统、储物箱(26)、流通凹槽(27)、横向挡板(28)、气泡水平尺(29)、底板升降系统、底板(32)、数据采集板(33)、基座平台、数显倾角仪(36)；
所述底板(32)头部由两个底板升降系统支撑，所述的两个底板升降系统设置在底板头部两侧，通过升降系统可使斜面流变装置达到目标倾斜角度i，每个底板升降系统包括液压千斤顶(30)、圆形管夹(301)、橡胶垫圈(302)，圆管(31)，所述圆管(31)一端与底板(32)首部侧缘连接，另一端由液压千斤顶(30)支撑，所述液压千斤顶(30)与圆管(31)之间设有圆形管夹(301)，所述圆形管夹(301)内部设有橡胶垫圈(302)；所述两个底板升降系统之间设置有气泡水平尺(29)，所述气泡水平尺(29)固定于底板(32)头部上边缘，通过调节两个升降系统使气泡水平尺(29)气泡居中；
底板(32)尾部由基座平台支撑，所述基座平台包括气泡水平仪(44)、调平脚(34)、底座(35)，所述底板(32)尾部置于底座(35)上，所述底座(35)上设有气泡水平仪(44)，通过调节调平脚(34)的长度使气泡水平仪(44)居中；
所述储物箱(26)设于底板(32)中轴线上，储物箱(26)底板固定于底板(32)头部，所述储物箱(26)设有泥浆出口，所述闸门(25)设置在泥浆出口上，闸门(25)上方设有闸门提升系统，所述闸门提升系统包括提升杆(251)、气缸(252)；所述气缸(252)通过电线与控制面板(1)连接，所述气缸(252)位于闸门(25)的上方，且与提升杆(251)的一端连接，所述提升杆(251)的另一端与闸门(25)连接；
所述流通凹槽(27)与储物箱(26)的泥浆出口连通，所述流通凹槽(27)包括底板和分别固定在底板两侧的侧板，所述侧板尾部与横向挡板(28)垂直连接；所述流通凹槽(27)的底板固定于底板(32)上，并与数据采集板(33)无缝连接，所述数据采集板(33)固定于底板(32)上；流通凹槽(27)和数据采集板(33)上表面均设有改变流通凹槽(27)和数据采集板(33)粗糙度的自选材料层，所述数显倾角仪(36)置于数据采集板(33)边缘，用于测量斜面流变装置的倾斜角度i；
所述屈服应力测量显示装置包括：行走装置、红外线测距仪组、红外线测距仪夹具、数据测量显示设备(43)；
所述行走装置包括凹型梁柱(37)、导轨(38)、行走机构(39)、轻质圆管(40)；所述凹型梁柱(37)有四根、每根凹型梁柱(37)沿长度方向开设矩形滑槽，并分别设置于数据采集板(33)四个角点处，垂直固定在底板(32)上，沿流通凹槽(27)方向上的相邻两凹型梁柱(37)之间用导轨(38)连接，所述导轨(38)两端设置于凹型梁柱(37)矩形滑槽之中，且导轨(38)两端内置有磁性材料，通过套在凹型梁柱(37)上的抱箍来调节和固定导轨的位置，使两导轨(38)所处的平面平行于数据采集板(33)；
所述行走机构(39)有两个，均安装磁性传感器，分别置于两导轨(38)上，可在导轨(38)上来回移动，所述行走机构(39)包括动力系统、失电型电磁铁(391)、弹簧(392)、车轮(393)、悬架(394)、驱动轴(395)、车轴(396)、电池组(399)；所述悬架(394)与车轴(396)连接，悬架(394)内部设有动力系统、电池组(399)，所述电池组(399)为动力系统和失电型电磁铁(391)供电，所述动力系统包括电动机(397)、减速器(398)，动力系统通过齿轮与所述车轴(396)内部的驱动轴(395)的齿轮啮合，所述车轮(393)通过驱动轴(395)连接，所述失电型电磁铁(391)设置于悬架(394)下方，失电型电磁铁(391)与悬架(394)之间通过弹簧(392)连接，在通电情况下，失电型电磁铁(391)没有磁性，断电时，失电型电磁铁具有磁性，可迅速吸住导轨，避免行走机构(39)停止工作时，在自身重力作用下下滑；
两组所述行走机构(39)之间用轻质圆管(40)连接，所述轻质圆管(40)用于乘载红外线测距仪组，所述测距仪组包括红外线测距仪Ⅰ(41)和红外线测距仪Ⅱ(411)，红外线测距仪Ⅰ(41)固定于数据采集板(33)中轴线上方，用于测量红外线测距仪Ⅰ(41)到数据采集板(33)中轴线处的距离h1，红外线测距仪Ⅱ(411)置于轻质圆管的端部，用于测量红外线测距仪Ⅱ(411)到数据采集板(33)边缘的距离h2，若数据采集板中轴线处没有堆积体的情况下，h1＝h2；否则，可通过两者的差值即可算出数据采集板(33)中轴线处堆积物的厚度h＝h1-h2；红外线测距仪组与轻质圆管(40)之间设有红外线测距仪夹具(42)，所述红外线测距仪夹具(42)包括圆形卡槽(421)、卡槽内设有防滑垫圈(423)和固定在圆形卡槽上的卡扣式支架(422)，圆形卡槽(421)固定在轻质圆管(40)上，所述卡扣式支架(422)上放置所述红外线测距仪组，通过圆形卡槽(421)在轻质圆管(40)上转动使得红外线测距仪组发出的红外线光速垂直于数据采集板(33)；
所述数据测量显示设备(43)包括控制装置(431)、检测装置(432)、记录装置(433)，显示装置(434)；所述检测装置(432)与红外线测距仪组通过数据线连接，用于采集和处理红外线测距仪组的数据h1、h2；所述记录装置(433)与检测装置(432)连接，用于存储测量数据并对测量数据做时间标定；所述控制装置(431)分别与检测装置(432)、记录装置(433)、显示装置(434)、行走机构(39)连接，且控制装置(431)用于实时监测所述测量数据，判断所述数据h1、h2是否相等，并在h1≠h2时，控制所述记录装置(433)保存所述测量数据并做时间标定；所述行走机构(39)在控制装置(431)的控制下，可沿导轨(38)匀速前后行走，且当行走机构(39)行走至导轨(38)端部时，导轨(38)端部的磁性材料引起行走机构(39)上磁性传感器工作，磁性传感器向控制装置(431)发出控制信息，控制装置(431)接受到信息后停止电池组(399)供电，则行走机构(39)停止工作，失电型电磁铁(391)立刻抱住导轨(38)，避免行走机构(39)在自身重力作用下下滑。
2.根据权利要求1所述的一种泥石流屈服应力测量装置，其特征在于：所述的楼梯(8)上部以焊接的方式固定于矩形平板(9)上。
3.根据权利要求1所述的一种泥石流屈服应力测量装置，其特征在于：所述的升降漏斗(4)通过钢绞线与升降电机(3)连接。
4.根据权利要求1所述的一种泥石流屈服应力测量装置，其特征在于：所述的料箱(17)通过大型螺丝固定于矩形平板(9)上。
5.根据权利要求1所述的一种泥石流屈服应力测量装置，其特征在于：所述的圆管(31)一端与底板(32)首部侧缘焊接。
6.一种泥石流屈服应力检测装置的测量方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、调节基座平台的调平脚，使气泡水平仪(44)气泡居中，将底座调制水平；调节底板升降系统，使底板(32)上的数据采集板(33)达到目标倾斜角度i，并保持底板(32)上的气泡水平尺(29)气泡居中；
步骤2、设定水泵(15)的压力值，定量往搅拌装置泵水，同时升降漏斗(4)与升降电机(3)连接，并通过升降电机(3)正反转，可将升降漏斗提升至传送带(5)上，传送带(5)将物料运输至固定漏斗(10)，再由固定漏斗(10)将其运输至搅拌装置；
步骤3、搅拌装置将定量的物料和定量的水搅拌成实验指定密度的泥石流浆体，然后通过泥浆输送装置将搅拌后的泥石流浆体输送至斜面流变装置的储物箱(26)内，控制闸门提升装置提升闸门(25)释放泥石流浆体，泥石流浆体通过流通凹槽(27)流到数据采集板(33)上；
步骤4、待数据采集板(33)上的浆体停止流动后，控制装置(431)控制行走机构(39)从数据采集板(33)的尾部沿导轨(38)以速度v行走，并实时监测检测装置(432)测量数据；
步骤5、控制装置(431)判断h1是否等于h2，当h1＝h2时，继续执行步骤4，当h1≠h2时，执行步骤6；
步骤6、控制装置(431)控制记录装置(433)存储测量数据并对测量数据做时间t标定，即存储时间t—h1(h2)曲线，控制装置(431)根据时间t、v、h1、h2可计算处出距离数据采集板(33)上的堆积物边缘x处的堆积厚度为h；
步骤7、控制装置(431)根据x和h计算得到动态屈服应力τy，最终由控制装置(431)将屈服应力值传输到显示装置(434)的显示屏上显示。
7.根据权利要求6所述的一种泥石流屈服应力检测装置的测量方法，其特征在于：
所述的根据x和h计算得到动态屈服应力τy的计算公式为:
其中，ρ——物料密度，单位为kg·m-3，g——重力加速度，单位为N/kg，其值取9.81N/kg；i为数据采集板(33)的倾斜角度，单位为度。

说明书全文

一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及了一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法，属于泥石流工程防治领域。

背景技术

[0002] 泥石流是山区常见的地质灾害之一，严重制约我国山区经济发展，因此对泥石流防治理论与技术的研究尤为迫切。屈服应力是泥石流的关键流变参数，它关系着泥石流流速、冲击力等动力学参量的计算，因此对泥石流屈服应力的认识与研究是泥石流灾害预测和工程治理的重要环节之一。目前泥石流屈服应力主要通过流变仪来获取，但流变实验获取该参数主要存在两个问题：

[0003] (1)流变实验一般是通过传统的流变仪来获取应力—剪切速率梯度曲线，再对曲线的线性部分进行回归来间接获得屈服应力，而该屈服应力是一个回归应力，不是真正意义上的动态屈服应力，且该测量仪器在实验过程中无法避免壁面滑移现象的发生，因此进一步加大了测量泥石流屈服应力的误差。

[0004] (2)常规的流变实验一般局限于对细颗粒(<2mm)泥石流浆体进行屈服应力测试，而真实泥石流浆体中是含有粗大颗粒的，则无法用常规的流变仪进行实验，虽有许多国内外泥石流专家自行研制锥盘式(phillips and Davies，1989)、旋转式(Coussot and Piau，1995)、平板式(王裕宜，2002[4])等多种结构的大型流变仪开展流变试验，但这些装置对操作要求较高，且测量过程中的沉降、不均匀剪切等因素对试验结果影响较大，因此测量结果的重复性较差，精度需要进一步提高。

发明内容

[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法，针对上述现有技术存在的问题及不足，可以仿真模拟泥石流浆体的流动和堆积过程，并可准确的计算泥石流浆体的屈服应力。该动态屈服应力测量装置操作简单、结果稳定，摒弃了传统流变仪通过获取应力—剪切速率梯度曲线，再对曲线的线性部分进行回归来间接获得屈服应力的缺点，改善了常规的流变实验一般仅局限于对细颗粒(<2mm)泥石流浆体屈服应力测量的现状。其能够直接应用于大颗粒泥石流的屈服应力的测量，为泥石流灾害预测和工程治理提供了基础数据。

[0006] 本发明采用的技术方案是：一种泥石流屈服应力测量装置，包括工作台基架、物料运输装置、供水装置、搅拌装置、控制面板1、浆料输送装置、斜面流变装置，屈服应力测量显示装置；

[0007] 所述工作台基架包括梁柱子2、L型横梁7、纵梁11、矩形顶板6、楼梯8、矩形平板9；所述梁柱子2为四根，所述L型横梁7和纵梁11各为两根，两根L型横梁7、两根纵梁11分别平行设置在梁柱子2的中上部，固定连接两根相邻的梁柱子；矩形纵梁11起到稳固梁柱的作用，L型横梁7用于支撑矩形平板9，所述矩形平板9沿长度方向小于L型横梁7长度，所述矩形顶板6由梁柱子2支撑，每根梁柱子2支撑矩形顶板6的一个角，所述楼梯8上部固定于矩形平板9上，下部固定于地面上；

[0008] 所述物料运输装置包括升降漏斗4、升降电机3、传送带5、固定漏斗10；所述升降电机3固定于矩形顶板6上，所述升降漏斗4与升降电机3连接，并通过升降电机3正反转，可将升降漏斗提升至传送带5上，所述固定漏斗10通过固定于矩形顶板6的定滑轮与传送带5末端连接，所述传送带5上的物料通过固定漏斗10运输至搅拌装置；升降电机3、传送带5分别通过电线与控制面板1的独立供电单元连接，所述控制面板1固定于所述纵梁11上，且其有若干个供电单元，各供电单元独立工作，互不影响；

[0009] 所述供水装置包括储水箱13、水管14、水泵15、水阀16；所述储水箱13固定于矩形平板9上，所述水管14有4个端口，第一个端口与储水箱13连接，第二个端口与水泵15连接，第三个端口与水阀16连接，第四个端口与搅拌装置连接；所述水泵15通过电线与控制面板1的一个独立供电单元连接；

[0010] 所述搅拌装置包括料箱17、搅拌机12，所述料箱17固定于矩形平板9上，搅拌机12固定与料箱17底部，所述搅拌机12通过电线与控制面1的一个供电单元连接；

[0011] 所述浆料输送装置包括出泥浆阀18、泥浆泵19、出料管20、伸缩管21、半圆形槽22、液压油缸23、进料管24；所述出料管20有四个端口，端口一与料箱17连接，端口二与泥浆阀18连接，端口三与泥浆泵19连接，端口四与所述伸缩管21连接，所述伸缩管21另一端与进料管24连接，进料管24的另一端与斜面流变装置连接，其中所述伸缩管21由液压油缸23支撑，所述液压油缸23与伸缩管21与之间设有半圆形槽22；

[0012] 所述斜面流变装置包括闸门25、闸门提升系统、储物箱26、流通凹槽27、横向挡板28、气泡水平尺29、底板升降系统、底板32、数据采集板33、基座平台、数显倾角仪36；

[0013] 所述底板32头部由两个底板升降系统支撑，所述的两个底板升降系统设置在底板头部两侧，通过升降系统可使斜面流变装置达到目标倾斜角度i，每个底板升降系统包括液压千斤顶30、圆形管夹301、橡胶垫圈302，圆管31，所述圆管31一端与底板32首部侧缘连接，另一端由液压千斤顶30支撑，所述液压千斤顶30与圆管31之间设有圆形管夹301，所述圆形管夹301内部设有橡胶垫圈302；所述两个底板升降系统之间设置有气泡水平尺29，所述气泡水平尺29固定于底板32头部上边缘，通过调节两个底板升降系统使气泡水平尺29气泡居中；

[0014] 底板32尾部由基座平台支撑，所述基座平台包括气泡水平仪44、调平脚34、底座35，所述底板32尾部置于底座35上，所述底座35上设有气泡水平仪44，通过调节调平脚34的长度使气泡水平仪44居中。

[0015] 所述储物箱26设于底板32中轴线上，储物箱26底板固定于底板32头部，所述储物箱26设有泥浆出口，所述闸门25设置在泥浆出口上，闸门25上方设有闸门提升系统，所述闸门提升系统包括提升杆251、气缸252；所述气缸252通过电线与控制面板1连接，所述气缸252位于闸门25的上方，且与提升杆251的一端连接，所述提升杆251的另一端与闸门25连接；

[0016] 所述流通凹槽27与储物箱26的泥浆出口连通，所述流通凹槽27包括底板和分别固定在底板两侧的侧板，所述侧板尾部与横向挡板28垂直连接；所述流通凹槽27的底板固定于底板32上，并与数据采集板33无缝连接，所述数据采集板33固定于底板32上；流通凹槽27和数据采集板33上表面均设有改变流通凹槽27和数据采集板33粗糙度的自选材料层，所述数显倾角仪36置于数据采集板33边缘，用于测量斜面流变装置的倾斜角度i；

[0017] 所述屈服应力测量显示装置包括：行走装置、红外线测距仪组、红外线测距仪夹具、数据测量显示设备43；

[0018] 所述行走装置包括凹型梁柱37、导轨38、行走机构39、轻质圆管40；所述凹型梁柱37有四根、每根凹型梁柱37沿长度方向开设矩形滑槽，并分别设置于数据采集板33四个角点处，垂直固定在底板32上，沿流通凹槽27方向上的相邻两凹型梁柱37之间用导轨38连接，所述导轨38两端设置于凹型梁柱37矩形滑槽之中，且导轨38两端内置有磁性材料，通过套在凹型梁柱37上的抱箍来调节和固定导轨的位置，使两导轨38所处的平面平行于数据采集板33；

[0019] 所述行走机构39有两个，均安装磁性传感器，分别置于两导轨38上，可在导轨38上来回移动，所述行走机构39包括动力系统、失电型电磁铁391、弹簧392、车轮393、悬架394、驱动轴395、车轴396、电池组399；所述悬架394与车轴396连接，悬架394内部设有动力系统、电池组399，所述电池组399为动力系统和失电型电磁铁391供电，所述动力系统包括电动机397、减速器398，动力系统通过齿轮与所述车轴396内部的驱动轴395的齿轮啮合，所述车轮
393通过驱动轴395连接，所述失电型电磁铁391设置于悬架394下方，失电型电磁铁391与悬架394之间通过弹簧392连接，在通电情况下，失电型电磁铁391没有磁性，断电时，失电型电磁铁具有磁性，可迅速吸住导轨，避免行走机构39停止工作时，在自身重力作用下下滑；

[0020] 两组所述行走机构39之间用轻质圆管40连接，所述轻质圆管40用于乘载红外线测距仪组，所述测距仪组包括红外线测距仪Ⅰ41和红外线测距仪Ⅱ411，红外线测距仪Ⅰ41固定于数据采集板33中轴线上方，用于测量红外线测距仪Ⅰ41到数据采集板33中轴线处的距离h1，红外线测距仪Ⅱ411置于轻质圆管的端部，用于测量红外线测距仪Ⅱ411到数据采集板33边缘的距离h2，若数据采集板中轴线处没有堆积体的情况下，h1＝h2；否则，可通过两者的差值即可算出数据采集板33中轴线处堆积物的厚度h＝h1-h2；红外线测距仪组与轻质圆管
40之间设有红外线测距仪夹具42，所述红外线测距仪夹具42包括圆形卡槽421、卡槽内设有防滑垫圈423和固定在圆形卡槽上的卡扣式支架422)，圆形卡槽421固定在轻质圆管40上，所述卡扣式支架422上放置所述红外线测距仪组，通过圆形卡槽421在轻质圆管40上转动使得红外线测距仪组发出的红外线光速垂直于数据采集板33；

[0021] 所述数据测量显示设备43包括控制装置431、检测装置432、记录装置433，显示装置434；所述检测装置432与红外线测距仪组通过数据线连接，用于采集和处理红外线测距仪组的数据h1、h2；所述记录装置433与检测装置432连接，用于存储测量数据并对测量数据做时间标定；所述控制装置431分别与检测装置432、记录装置433、显示装置434、行走机构39连接，且控制装置431用于实时监测所述测量数据，判断所述数据h1、h2是否相等，并在h1≠h2时，控制所述记录装置433保存所述测量数据并做时间标定；所述行走机构39在控制装置431的控制下，可沿导轨38匀速前后行走，且当行走机构39行走至导轨38端部时，导轨38端部的磁性材料引起行走机构39上磁性传感器工作，磁性传感器向控制装置431发出控制信息，控制装置431接受到信息后停止电池组399供电，则行走机构39停止工作，失电型电磁铁391立刻抱住导轨38，避免行走机构39在自身重力作用下下滑。

[0022] 所述的楼梯8上部以焊接的方式固定于矩形平板9上。

[0023] 所述的升降漏斗4通过钢绞线与升降电机3连接。

[0024] 所述的料箱17通过大型螺丝固定于矩形平板9上。

[0025] 所述的圆管31一端与底板32首部侧缘焊接。

[0026] 一种泥石流屈服应力检测装置的测量方法，包括如下步骤：

[0027] 步骤1、调节基座平台的调平脚，使气泡水平仪44气泡居中，将底座调制水平；调节底板升降系统，使底板32上的数据采集板33达到目标倾斜角度i，并保持底板32上的气泡水平尺29气泡居中；

[0028] 步骤2、设定水泵15的压力值，定量往搅拌装置泵水，同时升降漏斗4与升降电机3连接，并通过升降电机3正反转，可将升降漏斗提升至传送带5上，传送带5将物料运输至固定漏斗10，再由固定漏斗10将其运输至搅拌装置；

[0029] 步骤3、搅拌装置将定量的物料和定量的水搅拌成实验指定密度的泥石流浆体，然后通过泥浆输送装置将搅拌后的泥石流浆体输送至斜面流变装置的储物箱26内，控制闸门提升装置提升闸门25释放泥石流浆体，泥石流浆体通过流通凹槽27流到数据采集板33上；

[0030] 步骤4、待数据采集板33上的浆体停止流动后，控制装置431控制行走机构39从数据采集板33的尾部沿导轨38以速度v行走，并实时监测检测装置432测量数据；

[0031] 步骤5、控制装置431判断h1是否等于h2，当h1＝h2时，继续执行步骤4，当h1≠h2时，执行步骤6；

[0032] 步骤6、控制装置431控制记录装置433存储测量数据并对测量数据做时间标定，即存储时间t—h1(h2)曲线，控制装置431根据时间t、v、h1、h2可计算处出距离数据采集板33上的堆积物边缘x处的堆积厚度为h；

[0033] 步骤7、控制装置431根据x和h计算得到动态屈服应力τy，最终由控制装置431将屈服应力值传输到显示装置434的显示屏上显示。

[0034] 所述的根据x和h计算得到动态屈服应力τy的计算公式为：

[0035]

[0036] 其中，ρ——物料密度，单位为kg·m-3，g——重力加速度，单位为N/kg，其值取9.81N/kg；i为数据采集板33的倾斜角度，单位为度。

[0037] 本发明的有益效果为：

[0038] 1.本发明克服了传统流变仪通过获取应力—剪切速率梯度曲线，再对曲线的线性部分进行回归来间接获得屈服应力的缺点。

[0039] 2.本发明改善了常规的流变实验一般仅局限于对细颗粒(<2mm)泥石流浆体屈服应力测量的现状。其能够直接应用于含有大颗粒泥石流的屈服应力的测量，进一步接近实际泥石流的真实情况，为泥石流灾害预测和工程治理提供了基础数据。

[0040] 3.本发明设置了泥石流的供水装置，通过调整供水装置水泵压力的大小，来控制进入蓄物池的水量，进而可配置指定密度的泥石流浆体。

[0041] 4.本发明设置了搅拌装置，避免了传统的手工混合物料，即节省时间，又避免了手工混合不均匀的现象，导致试验误差较大。

[0042] 5.本发明设置了泥浆泵，有利于料箱中泥浆的排净；且当蓄物池容积不够时，可在闸门打开后，通过调节泵速，使蓄物池中的泥浆保证在初始高度直至达到实验所需泥浆量。

[0043] 6.本发明设有流通凹槽，有利于储物箱的泥浆从固定位置靠自身重力缓慢的引导至数据采集板上，可避免闸门打开后，泥浆在重力势能的作用下，直接从储物箱的泥浆出口喷出，导致试验数据误差较大。

[0044] 7.本发明在流通凹槽、数据采集板的上表面设置了铺装层，通过改变铺装层的材料，来模拟真实地表的粗糙度。

[0045] 8.本发明设置了红外线测距仪组，通过两个红外线测距仪数据的差值来间接获得泥石流浆体的堆积厚度，操作简单、实验数据客观准确。附图说明

[0046] 图1为本发明的整体结构图；

[0047] 图2为本发明的原理图；

[0048] 图3为本发明的L型横梁支撑矩形平板图；

[0049] 图4为本发明的斜面流变装置俯视图；

[0050] 图5为本发明的伸缩管和半圆形槽结构示意图；

[0051] 图6为本发明的闸门和闸门提升系统的装配示意图；

[0052] 图7为图5闸门的俯视图；

[0053] 图8为本发明的底板升降系统中的圆形卡槽示意图；

[0054] 图9为本发明的行走装置的凹型梁柱与导轨的连接的结构示意图；

[0055] 图10为图8中一个凹型梁柱的俯视图；

[0056] 图11为本发明的行走装置中行走机构的内部结构示意图；

[0057] 图12为本发明的红外线测距仪夹具的结构示意图；

[0058] 图13为本发明数据测量显示设备的模块连接示意图；

[0059] 图14为本发明的红外线测距仪组测量距离差值与测量时间的对应关系图。

[0060] 图中各标号为：1-控制面板、2-梁柱子、3-升降电机、4-升降漏斗、5-传送带、6-矩形顶板、7-L型横梁、8-楼梯、9-矩形平板、10-固定漏斗、11-纵梁、12-搅拌机、13-储水箱、14-水管、15-水泵、16-水阀、17-料箱、18-泥浆阀、19-泥浆泵、20-出料管、21-伸缩管、22-半圆形槽、23-液压油缸、24-进料管、25-闸门、251-提升杆、252-气缸、26-储物箱、27-流通凹槽、28-横向挡板、29-气泡水平尺、30-液压千斤顶、301-圆形管夹、302-橡胶垫圈、31-圆管、
32-底板、33-数据采集板、34-调平脚、35-底座、36-数显倾角仪、37-凹型梁柱、38-导轨、39-行走机构、391-失电型电磁铁、392-弹簧、393-车轮、394-悬架、395-驱动轴、396-车轴、397-电动机、398-减速器、399-电池组、40-轻质圆管、41-红外线测距仪Ⅰ、411-红外线测距仪Ⅱ、
42-红外线测距仪夹具、421-圆形卡槽、422-卡扣式支架、423-防滑垫圈、43-数据测量显示设备，44-气泡水平仪。

具体实施方式

[0061] 下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案进一步说明。

[0062] 实施例1：如图1-14所示，该泥石流屈服应力检测装置，包括工作台基架、物料运输装置、供水装置、搅拌装置、控制面板1、浆料输送装置、斜面流变装置，屈服应力测量显示装置；

[0063] 所述工作台基架包括梁柱子2、L型横梁7、纵梁11、矩形顶板6、楼梯8、矩形平板9；所述梁柱子2为四根，所述L型横梁7和纵梁11各为两根，两根L型横梁7、两根纵梁11分别平行设置在梁柱子2中上部，固定连接两根相邻的梁柱子；矩形纵梁11起到稳固梁柱的作用，L型横梁7用于支撑矩形平板9，所述矩形平板9沿长度方向小于L型横梁7长度，所述矩形顶板
6由梁柱子2支撑，每根梁柱子2支撑矩形顶板6的一个角；所述楼梯8上部以焊接的方式固定于矩形平板9上，下部固定于地面上，用于泥石流体制备过程的观察和仪器的维修，所述梁柱子2、L型横梁7、纵梁11、矩形顶板6、矩形平板9均为不锈钢材料，接触部分连接方式均为焊接；

[0064] 所述物料运输装置包括升降漏斗4、升降电机3、传送带5、固定漏斗10；所述升降电机固定于矩形顶板6上，所述升降漏斗4通过钢绞线与升降电机3连接，并通过升降电机3正反转，可将升降漏斗提升至传送带5上，所述固定漏斗10通过固定于矩形顶板6的定滑轮与传送带5末端连接，所述传送带5上的物料通过固定漏斗10运输至搅拌装置，所述升降电机3、传送带5分别由控制面板1的一个独立供电单元控制，所述控制面板1有若干个供电单元，可同时控制若干个设备同时工作，互不影响，则控制面板1可以控制升降电机3和传送带5同时工作，升降电机将升降漏斗中的物料运送至传送带5，传送带5将物料运输至固定漏斗10，再由固定漏斗10将其运输至搅拌装置。

[0065] 所述供水装置包括储水箱13、水管14、水泵15、水阀16；所述储水箱13固定于矩形平板9上，所述水管14有4个端口，第一个端口与储水箱13连接，第二个端口与水泵15连接，第三个端口与水阀16连接，第四个端口与搅拌装置连接；所述水泵15由控制面板1的一个独立供电单元控制；当水泵15开始工作时，首先通过试验找到水泵压力与水流量的关系，然后可控制水泵压力来向搅拌装置中输送定量的水。

[0066] 控制水量方法如下：

[0067] 由控制面板控制水泵开始工作，设定一个水泵压力值，往搅拌装置泵水，假设水泵工作时间t，搅拌装置收集的水有V，则搅拌装置单位时间内的水流量为Q＝V/t。

[0068] 所述搅拌装置包括料箱17、搅拌机12，所述料箱17通过大型螺丝固定于矩形平板9上，搅拌机12固定与料箱底部，所述搅拌机12由控制面板1的一个独立供电单元控制。当搅拌装置工作时，可将定量的物料和定量的水搅拌成实验指定密度的泥石流浆体。

[0069] 所述浆料输送装置包括泥浆阀18、泥浆泵19、出料管20、伸缩管21、半圆形槽22、液压油缸23、进料管24；所述出料管20有四个端口，端口一与料箱17连接，端口二与泥浆阀18连接，端口三与泥浆泵19连接，端口四与所述伸缩管21连接，所述伸缩管21另一端与进料管24连接，进料管24的另一端与斜面流变装置连接，其中所述伸缩管21由液压油缸23支撑，所述液压油缸23与伸缩管21与之间设有半圆形槽22；所述泥浆泵19由控制面板1的一个独立供电单元控制，泥浆泵工作时，可将料箱17的浆料定量的输送至储物箱26；若实验所需浆料大于储物箱的容积，可在闸门打开后，通过调节泵速来控制浆料输送速度，使储物箱中的泥浆一直保持在初始高度，直到输送完实验所需浆料体积，泥浆泵才停止工作。

[0070] 图5示出了一种泥石流屈服应力检测装置中伸缩管21的结构，伸缩管21可根据斜面流变装置底板高度进行长度变化，所述伸缩管21属于软管；即：不管斜板的高度如何，都通过自身的伸缩，都可以将泥石流浆体从出料管20输送至进料管24中。

[0071] 所述斜面流变装置包括闸门25、闸门提升系统、储物箱26、流通凹槽27、横向挡板28、气泡水平尺29、底板升降系统、底板32、数据采集板33、基座平台、数显倾角仪36；

[0072] 所述底板32头部由底板升降系统支撑，所述底板升降系统设置在底板头部两侧，通过升降系统可使斜面流变装置达到目标倾斜角度i，每个底板升降系统包括液压千斤顶30、圆形管夹301、橡胶垫圈302，圆管31；所述圆管31为实心铁管，一端与底板32首部侧缘焊接，另一端由液压千斤顶30支撑，所述液压千斤顶30与圆管31之间设有圆形管夹301，所述圆形管夹301内部设有橡胶垫圈302；所述两个底板升降系统之间设置有气泡水平尺29，所述气泡水平尺29固定于底板32头部上边缘，通过调节两个升降系统使气泡水平尺29气泡居中；即实验前，通过升降液压千斤顶30将斜面流变装置调节至目标倾斜角度i，在调节过程中，同时保证底板升降系统之间的气泡水平尺29的气泡居中。

[0073] 图8示出了一种泥石流屈服应力检测装置中底板升降系统结构，圆形管夹301调节自身的螺丝来夹住圆管31，为了防止升降过程中圆管的滑动，圆形管夹301和圆管31之间设有橡胶垫圈302，圆形管夹301的下方由液压千斤顶30支撑；

[0074] 底板32尾部由基座平台支撑，所述基座平台包括气泡水平仪44、调平脚34、底座35，所述底板32尾部置于底座35上，所述底座35上设有气泡水平仪44，通过调节调平脚34的长度使气泡水平仪44居中。

[0075] 参见图1、图4所示，所述储物箱26设置于底板32中轴线上，储物箱26底板固定于底板上部，所述储物箱26设有泥浆出口，泥浆出口沿底板中轴线对称设置；储物箱26的泥浆出口上设有闸门。

[0076] 图6、图7示出了一种泥石流屈服应力测量装置中的闸门提升系统示意图及俯视图，所述闸门25上方设有闸门提升系统，所述闸门提升系统包括提升杆251、气缸252；所述气缸252由控制面板1的一个供电单元控制，所述气缸252位于闸门25的上方，且与提升杆251的一端连接，所述提升杆的另一端与闸门25连接；控制面板1为气缸27供电，由气缸27带动提升杆251的上升和下降，从而可控制闸门25打开或关闭来释放和储备泥石流浆体。

[0077] 当闸门打开后，储物箱中的泥浆将在重力势能的作用下以较快的速度从泥浆出口喷出，为避免较快流速的浆体会流出板面，导致试验数据误差较大，泥浆出口处设有流通凹槽27，可有效的将储物箱26的泥浆从固定位置靠自身重力缓慢的引导至数据采集板33上，所述流通凹槽27包括底板和分别固定在底板两侧的侧板，所述侧板尾部与横向挡板28垂直连接；横向挡板28有效的阻止出口处泥浆反向流动，所述流通凹槽27的底板固定于底板32上，并与数据采集板33无缝连接，所述数据采集板33平行固定于底板32上；流通凹槽27和数据采集板33上表面均设有铺装层，所述铺装层均为同一种材料，用于仿真模拟泥石流发生地的地表粗糙度，所述数显倾角仪36置于数据采集板33上，协同底板升降系统工作，使斜面流变装置达到实验目标倾斜角度i。

[0078] 所述屈服应力测量显示装置包括：行走装置、红外线测距仪组、红外线测距仪夹具、数据测量显示设备43；

[0079] 所述行走装置包括凹型梁柱37、导轨38、行走机构39、轻质圆管40；参见图4、图9、图10所示，所述凹型梁柱37有四根、每根凹型梁柱37沿长度方向开设矩形滑槽，并分别设置于数据采集板33四个角点处，垂直固定在底板32上。沿流通凹槽27方向上的相邻两凹型梁柱37之间用导轨38连接，所述导轨38两端设置于凹型梁柱37矩形滑槽之中，通过套在凹型梁柱37上的抱箍371来调节和固定导轨的位置，使两导轨38所处的平面平行于数据采集板33，且导轨两端添加了磁性材料。

[0080] 所述行走机构39有两个，均安装磁性传感器，且分别设置于两导轨38上，可在导轨38上来回移动。图11示出了一种泥石流屈服应力测量装置中的行走机构示意图，所述行走机构39包括动力系统、失电型电磁铁391、弹簧392、车轮393、悬架394、驱动轴395、车轴396、电池组399；所述悬架394与车轴396连接，悬架394内部设有动力系统、电池组399，所述电池组399为动力系统和失电型电磁铁391供电，所述动力系统包括电动机397、减速器398，动力系统通过齿轮与所述车轴396内部的驱动轴395的齿轮啮合，所述车轮393通过驱动轴395连接，所述失电型电磁铁391设置于悬架394下方，失电型电磁铁391与悬架394之间通过弹簧
392连接；在供电情况下，失电型电池铁391没有磁性，行走机构在动力系统驱动下可沿导轨
38前后移动；在断电情况下，动力系统停止工作，失电型电磁铁具有很强的磁性，迅速吸住导轨，使行走机构39固定在导轨上，不会在重力的作用下向下滑动。

[0081] 两组所述行走机构39之间用轻质圆管40连接，所述轻质圆管40用于承载红外线测距仪组，所述测距仪组包括红外线测距仪Ⅰ41和红外线测距仪Ⅱ411；如图1、图2所示，泥石流浆体从L型凹槽流出后沿数据采集板33中轴线对称堆积，堆积形态类抛物线型，数据采集板边缘无堆积物；红外线测距仪Ⅰ41固定于数据采集板33中轴线上方，在行走机构39的牵引下，红外线光束沿数据采集板上线路1(中轴线)定速行走，测量红外线测距仪Ⅰ41到数据采集板33中轴线的距离h1；红外线测距仪Ⅱ411固定于数据采集板端部，红外线光束沿数据采集板上线路2定速行走，测量红外线测距仪Ⅱ411到数据采集板33边缘的距离h2，线路2选择在无泥石流浆体堆积物区域，因此通过两者的差值则可算出数据采集板33中轴线处泥石流堆积体的厚度h。

[0082] 红外线测距仪组与轻质圆管40之间设有红外线测距仪夹具，如图12所示，所述红外线测距仪夹具42包括圆形卡槽421、卡槽内设有防滑垫圈423和固定在圆形卡槽上的卡扣式支架422，圆形卡槽421固定在轻质圆管40上，所述卡扣式支架422上放置所述红外线测距仪组，在行走机构开始工作前，首先通过转动圆形卡槽421调节红外线测距仪组发出的红外线光速垂直于数据采集板33，使测距仪组采集的是测距仪到到数据采集板的垂直距离，减少数据采集误差。

[0083] 如图13、图14所示，所述数据测量显示设备43包括控制装置431、检测装置432、记录装置433，显示装置434。所述检测装置432与红外线测距仪组连接，用于采集和处理红外线测距仪组的数据h1、h2；所述记录装置433与检测装置432连接，用于存储测量数据并对测量数据做时间t标定；所述控制装置431分别与检测装置432、记录装置433、显示装置434、行走机构39连接，控制装置431实时监测检测装置432采集的数据，判断采集的数据h1、h2是否相等，当h1≠h2时，即红外线测距仪Ⅰ41的光束行走至堆积体边缘o点，控制装置431控制记录装置433开始保存并处理检测装置432采集的数据并做时间t标定。所述行走机构39在控制装置431控制下，实现电池组对行走机构供电和断电并控制电动机397定速正反转，因此可控制行走机构39沿导轨以速度v匀速前后行走，且当行走机构行走至导轨端部时，导轨端部的磁性材料引起行走机构39上磁性传感器工作。磁性传感器向控制装置发出控制信息，控制装置接受到信息后停止电池组供电，则行走机构停止工作，失电型电磁铁立刻抱住导轨，避免行走机构在自身重力作用下下滑。

[0084] 参见图1、图2所示，一种泥石流屈服应力检测装置的测量方法，包括如下步骤：

[0085] 步骤1、调节基座平台的调平脚，使气泡水平仪44气泡居中，将底座调制水平；调节底板升降系统，使底板32上的数据采集板33达到目标倾斜角度i，并保持底板32上的气泡水平尺29气泡居中；

[0086] 步骤2、设定水泵15的压力值，定量往搅拌装置泵水，同时升降漏斗4与升降电机3连接，并通过升降电机3正反转，可将升降漏斗提升至传送带5上，传送带5将物料运输至固定漏斗10，再由固定漏斗10将其运输至搅拌装置；

[0087] 步骤3、搅拌装置将定量的物料和定量的水搅拌成实验指定密度的泥石流浆体，然后通过泥浆输送装置将搅拌后的泥石流浆体输送至斜面流变装置的储物箱26内，控制闸门提升装置提升闸门25释放泥石流浆体，泥石流浆体通过流通凹槽27流到数据采集板33上；

[0088] 步骤4、待数据采集板33上的浆体停止流动后，控制装置431控制行走机构39从数据采集板33的尾部沿导轨38以速度v行走，并实时监测检测装置432测量数据；

[0089] 步骤5、控制装置431判断h1是否等于h2，当h1＝h2时，继续执行步骤4，当h1≠h2时，执行步骤6；

[0090] 步骤6、控制装置431控制记录装置433存储测量数据并对测量数据做时间标定，即存储时间t—h1(h2)曲线，控制装置431根据时间t、v、h1、h2可计算处出距离数据采集板33上的堆积物边缘x处的堆积厚度为h；

[0091] 步骤7、控制装置431根据x和h计算得到动态屈服应力τy，最终由控制装置431将屈服应力值传输到显示装置434的显示屏上显示。

[0092] 所述的根据x和h计算得到动态屈服应力τy的计算公式为:

[0093]

[0094] 其中，ρ——物料密度，单位为kg·m-3，g——重力加速度，单位为N/kg，其值取9.81N/kg；i为数据采集板33的倾斜角度，单位为度。

[0095] 鉴于现有技术在测量泥石流动态屈服应力中的缺陷，为实现对粗大颗粒泥石流浆体屈服应力的测试，并保证测量的准确性，本发明提供一种成本低、测量结果准确、易于操作的泥石流屈服应力测量装置和方法，该发明能够为泥石流预测和防治提供了基础数据。

[0096] 以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

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一种泥石流浆体动态屈服应力测量装置及其测量方法

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