一种可视化泥石流冲击桥墩多功能模拟装置及其使用方法与流程

本发明涉及地质灾害模拟试验，具体是一种可视化泥石流冲击桥墩多功能模拟装置及其使用方法。

背景技术：

1、泥石流作为一种常见的自然灾害之一，其破坏性主要体现在其高密度和高速度的特性，常常给山区桥梁等工程设施带来极大的威胁。室内模型试验具有直观和可靠的优点，可以较为真实地反映泥石流冲击桥墩的过程和特征，是泥石流研究中不可或缺的手段之一。然而，现有的模型试验往往缺乏实时、可视化的测量技术，这在很大程度上限制了泥石流流动特性和冲击效应研究的深入。

2、粒子图像测速(piv)技术作为一种现代光学测速技术，因其非接触式、高分辨率和全场量测等优势，在流体力学领域得到了广泛应用。利用piv技术对泥石流冲击桥墩进行研究，可以全面、高效地获取泥石流流场的速度场信息，从而更加精确地描述泥石流的运动规律及其对桥墩的冲击力。然而，泥石流的不透明性使得传统piv技术难以直接应用于泥石流冲击桥墩的研究。

3、因此，设计一种可视化泥石流冲击桥墩多功能模拟装置及其使用方法，可为桥梁抗冲击设计提供理论依据和实验支持，同时也有助于开发和完善泥石流灾害的预防及减灾技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种可视化泥石流冲击桥墩多功能模拟装置，包括桥墩装置、监测装置、水槽和支撑水槽的支架。

2、所述水槽包括储料槽底板、倾斜槽i底板、倾斜槽ⅱ底板、废料回收槽底板和侧板。

3、所述侧板固定安装在各底板的两侧。

4、所述储料槽底板、倾斜槽i底板、倾斜槽ⅱ底板和废料回收槽底板依次活动连接。

5、所述储料槽底板远离废料回收槽底板一侧也设置有侧板，用于封堵泥石流。

6、所述支架包括普通支架和液压升降支架。

7、所述储料槽底板和废料回收槽底板通过若干普通支架进行支撑。

8、所述倾斜槽i底板与倾斜槽ⅱ底板的连接位置处和倾斜槽ⅱ底板通过若干液压升降支架进行支撑。

9、所述桥墩装置设置在倾斜槽ⅱ底板上。

10、所述桥墩装置包括桥墩底座放置槽、桥墩截面形状转换装置、桥墩墩身和桥墩盖帽。

11、所述桥墩底座放置槽固定安装在倾斜槽ⅱ底板上。所述桥墩底座放置槽上设有桥墩截面形状转换装置。

12、所述桥墩墩身插入桥墩截面形状转换装置中，用于固定墩身，另一端则与插入桥墩盖帽中。

13、所述监测装置包括力传感器支架、力传感器和与力传感器连接的动态信号采集仪。

14、所述力传感器支架为t型杆，包括竖杆和横杆，安装在桥墩底座放置槽上。所述竖杆和横杆上间隔开设有若干通孔，用于固定力传感器。

15、所述力传感器与设置在桥墩截面形状转换装置和桥墩盖帽上的传感器元件连接，用于实现泥石流对桥墩作用力的数据采集。

16、所述泥石流从储料槽底板处释放。

17、进一步，所述倾斜槽i底板为变截面梯形板，长的一侧与储料槽底板连接，短的一侧与倾斜槽ⅱ底板连接。

18、进一步，所述储料槽底板、倾斜槽i底板、倾斜槽ⅱ底板和废料回收槽底板依次通过合页连接。

19、进一步，所述储料槽底板的板面靠近倾斜槽i底板一侧开设有凹槽i，所述凹槽i中插入有挡板。

20、取下挡板即可释放泥石流。

21、进一步，通过调节液压升降支架的高度改变倾斜槽ⅱ底板与废料回收槽底板之间的角度，以实现不同斜坡坡度。

22、进一步，所述桥墩底座放置槽上设有供桥墩截面形状转换装置安装的槽口ⅰ和供力传感器支架安装的槽口ⅱ。

23、所述槽口ⅱ的位置比槽口ⅰ的位置靠近废料回收槽底板。

24、所述槽口ⅰ、槽口ⅱ的形状分别与桥墩截面形状转换装置和力传感器支架的底部轮廓形状相适配。

25、所述槽口ⅰ与槽口ⅱ之间开设有一连通孔，用于力传感器导线的引出。

26、进一步，所述桥墩截面形状转换装置和桥墩盖帽上均设有供桥墩墩身插入的凹槽ⅱ。

27、所述凹槽ⅱ的形状与桥墩墩身的轮廓形状相适配。

28、进一步，所述水槽、桥墩底座放置槽、桥墩截面形状转换装置、桥墩墩身、桥墩盖帽和力传感器支架均采用亚克力材料制作。

29、进一步，所述监测装置还包括激光发射器和照相机，用于监测泥石流冲击桥墩时的全过程。

30、所述激光发射器通过激光发射器支架和限位转轴安装在倾斜槽i底板与倾斜槽ⅱ底板的连接位置处。

31、所述相机设置在倾斜槽ⅱ底板的侧上方和废料回收槽底板的前方。

32、本发明的另一个目的是提供一种可视化泥石流冲击桥墩多功能模拟装置的使用方法，包括以下步骤：

33、1)将储料槽底板、倾斜槽i底板、倾斜槽ⅱ底板和废料回收槽底板依次通过合页连接起来，并在各底板两侧和储料槽底板远离废料回收槽底板的一侧装配侧板；

34、接着在储料槽底板和废料回收槽底板下方安装普通支架，在倾斜槽ⅱ底板下方安装液压升降支架，并根据斜坡所在地的地形坡度或试验设计，调节液压升降支架的高度，以达到试验坡度；

35、2)在倾斜槽i底板与倾斜槽ⅱ底板的连接位置处安装限位转轴；

36、将激光发射器支架与限位转轴连接起来，通过限位转轴调节激光发射器的位置；

37、3)将墩底座放置槽固定在倾斜槽ⅱ底板上，接着把力传感器支架插入墩底座放置槽的槽口ⅱ中，并在力传感器支架竖杆的上下两端分别装配力传感器，使下方的力传感器的引线穿过连接槽口i和槽口ⅱ连接孔；

38、4)根据桥墩结构设计要求或试验目的，确定桥墩墩身的截面形状，并根据桥墩墩身的截面形状确定适配的墩截面形状转换装置和桥墩盖帽；

39、确定好形状后，将桥墩截面形状转换装置插入墩底座放置槽的槽口i中；接着将桥墩墩身插入桥墩截面形状转换装置的凹槽ⅱ中，另一端则插入桥墩盖帽的凹槽ⅱ中；

40、并使力传感器与设置在桥墩截面形状转换装置和桥墩盖帽上的传感器元件连接；

41、5)将动态信号采集仪与力传感器连接起来，并在倾斜槽ⅱ底板的侧上方和废料回收槽底板的前方设置相机；

42、6)对监测进行设备调试；

43、7)调试完毕后，将挡板插入储料槽底板的凹槽i中，组成储料槽；向储料槽中填装物料，所述物料为根据试验目的提前配备好的泥石流物料；

44、8)抽离挡板，以释放泥石流物料，并在抽离挡板前启动监测设备，对泥石流冲击桥墩的全过程进行监测记录；

45、9)实验完毕后，对水槽内的泥石流物料进行回收。

46、本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明的有益效果如下：

47、1、本发明采用可视化技术使得该设备能够以非接触的方式对泥石流速度场进行高精度的测量和分析。这种方法可以提供连续的速度场数据，有助于更好地理解泥石流对桥墩的冲击力学行为。

48、2、本发明以透明的水槽设计和透明泥石流物料使得整个泥石流冲击过程可视化，便于观察、记录和分析泥石流流态以及其与桥墩相互作用的细节，从而可以深入研究泥石流的流动特性和桥墩冲击机理。

49、3、本发明使用范围广泛，可通过调节水槽倾斜度，模拟不同斜坡地形条件下的泥石流冲击工程结构演化全过程。

50、4、本发明支持多种截面形状的桥墩，如圆形、方形和圆端形桥墩等，具有使用简便、时间和经济成本低等优势。