[发明专利]雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置及其使用方法，通过模型槽以及设置在其内部的变坡滑道和流速计来进行雪崩模拟，并利用高速摄像机、粒子图像测速仪、自动数码相机对激光照射面进行瞬时图像信息记录，记录雪崩灾害水下扩散特征和湖面波形的变化规律。本发明针对雪崩与水流相对冲击的两层流运动特征，考虑多变坡坡道的影响，解决了常规雪崩运动模拟试验装置无法进行水下两层流运动模拟、无法观测雪崩冲击入河道时的水下扩散规律，以及水面的波形变化特征的技术问题，对研究雪崩灾害对河道的冲击力和破坏力，及指导相关防灾减灾工程设计具有重要的参考价值。

技术领域

本发明涉及雪崩灾害研究领域，尤其涉及一种雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置及其使用方法，主要适用于雪崩与水流相互作用及海啸波等技术领域，并可扩展至其他两层流研究领域。

背景技术

自然灾害研究领域，雪崩对高山堰塞湖的冲击是雪崩爆发时常见的危害之一，它对湖案停靠船舶和湖底形态、湖面水波形态等均有较大的影响；雪崩对高山堰塞湖冲击过程中，与水流相互作用关系是两层流基础研究、湖底形态研究、防灾减灾工程施工设计等的重要基础和核心要素。雪崩冲击高山堰塞湖瞬时模拟试验是了解与掌握雪崩灾害对湖面水波和湖底形态的影响及其破坏力递变规律的最有效、且最重要的手段之一。因此，寻求一种可视化的雪崩冲击高山堰塞湖瞬时模拟试验装置，是工程技术人员努力追求的方向，也是对雪崩灾害水下扩散规律和对水域破坏力研究的必要条件。

目前常规的雪崩运动试验装置仅针对其在地面的运动特征及堆积规律，尚未有针对水下两层流运动研究的试验装置，无法对雪崩冲击河道后水面波形的变化特征、雪崩水底的扩散规律进行试验分析。因此，本技术方案拟设计相嵌的变坡滑道和模型槽，并使模型槽内保持水体流动，可以模拟雪崩与水流相向冲击时的运动特征，并利用粒子图像测速仪、高速摄像机、自动数码相机以及流速计等记录和观测波形、流速等特征；同时，采用透明的试验材料，可对雪崩灾害水下扩散规律进行可视化的观测。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置及其使用方法，解决了常规雪崩运动模拟试验装置无法进行水下两层流运动模拟、无法观测雪崩冲击入河道时的水下扩散规律，以及水面的波形变化特征的技术问题，能够针对雪崩与水流相对冲击的两层流运动特征，考虑变坡坡道的影响，提供更加真实地模拟场景。

技术方案：为实现上述目的，本发明的雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置，该装置包括：模型槽和蓄水箱；变坡滑道在所述模型槽上方一定高度延伸至其底部，在模型槽的内部设置有若干个流速计，流速计固定在模型槽的底部，其中心与变坡滑道的中心位于同一直线上；在所述模型槽相对的两个侧面上分别设置有数目相同的进水口和出水口，所述蓄水箱的底部设置有进水口和出水口，其出水口通过水泵连接所述模型槽的进水口，其进水口通过水泵连接所述模型槽的出水口；在所述模型槽相邻的两侧面外部还分别设置有粒子图像测速仪和自动数码相机，在所述模型槽的上方还设置有粒子图像测速仪。

其中，所述变坡滑道上设置有变坡滑道阀门，所述变坡滑道阀门距离模型槽顶部一定高度，所述变坡滑道阀门以上为雪崩蓄存区，以下为滑动坡道；所述雪崩蓄存区在变坡滑道阀门闭合的情况下为一个密封腔体，用于存储雪崩模拟材料；所述滑动坡道在所述模型槽顶部以上的部分有侧壁、上部开口，在所述模型槽顶部以下的部分无侧壁、上部开口，该部分设置有变坡滑道转轴。

进一步地，所述变坡滑道转轴为1～3个，角度变化范围为0°～60°。

其中，所述雪崩模拟材料为浓度为2.0％～3.0％的聚酯乙烯或浓度为1.0％～2.0％的氟硅酸钠。

其中，所述雪崩模拟材料为密度为300kg/m³～400kg/m³、粒径为1mm～3mm的球形木质颗粒。

本发明还公开一种上述雪崩冲击高山堰塞湖的模拟试验装置的使用方法，包括以下步骤：