[发明专利]面向水槽实验的泥石流冲击力测量方法

说明书

本发明公开了面向水槽实验的泥石流冲击力测量方法，包括以下步骤：S1、建立光纤光栅应变传感器、悬臂梁和水槽的测量系统：在传统水槽装置基础上，将压力传感器替换为光纤光栅应变传感器，受冲击结构替换为悬臂梁，悬臂梁为L型，悬臂梁的底座固定在水槽槽底，将光纤光栅应变传感器设置在悬臂梁的迎水面上；S2、基于水槽实验，根据泥石流的冲击力沿流深的变化规律，获得泥石流冲击力计算公式：P＝aγ_cx⁴。本发明能够使得水槽实验过程中测得的泥石流冲击力值和实际值的偏差得以有效减小，提高了水槽实验中泥石流冲击力的测量准确性，有效提升了水槽实验的预警能力。

技术领域

本发明涉及属于泥石流监测测量技术领域，具体涉及一种面向水槽实验的泥石流冲击力试验测量方法。

背景技术

泥石流是山区一种常见的地质灾害，主要通过冲击和淤埋的方式危害下游的居民和结构建筑，其中，冲击作用造成的破坏最为严重，为泥石流破坏的主要形式。在泥石流的冲击作用下，房屋、桥梁、公路等被冲毁破坏，往往会造成巨大的人员伤亡和财产损失。

目前防治泥石流灾害比较常见的工程措施是修建拦挡坝，如果拦挡坝设计的不合理，在泥石流的强烈冲击下，被冲毁的坝体将成为补给的物源，进一步加剧灾害的程度。因此，在前期进行工程设计时，泥石流冲击力是一个至关重要的参数。泥石流冲击力还可以作为监测预警中的重点监测对象，使得预警信息更丰富，在防灾减灾方面具有重要的实际意义。同时，泥石流冲击力还是泥石流动力学研究的重要组成部分，通过对泥石流冲击力的研究可以确定泥石流的内部流速及流变模型，从而推进泥石流基础研究的发展，具有重要的理论研究意义。

泥石流流域常常伴随不良的地质条件、恶劣的天气变化以及剧烈的地形起伏，泥石流沟道情况复杂，施工难度大，加上泥石流爆发突然，破坏力非常大，在多种因素的综合影响下，泥石流冲击力的野外测量目前仍然存在一定的难度。因此，目前研究泥石流冲击力的试验方法多是以室内的水槽试验为主。

目前，测量冲击力的主要试验手段是在室内设计水槽试验，水槽试验中所采用的泥石流冲击力测量装置为传统的压力传感器，传感器的固定载体一般选取钢梁。根据研究内容的侧重，选择一定数量的应变片按照一定的排列方式和间距布设，一般是沿着钢梁的轴线方向安装在钢梁的迎水面，再将传感器以垂直于地面的方式布置在水槽末端。当泥石流与压电式传感器接触后，便可利用压力传感器对冲击力进行测量。在这种冲击力测量条件下进行冲击力分析时，多将载体视为刚体，仅考虑泥石流对载体的冲击。泥石流的冲击是一个泥石流与载体相互作用的过程，冲击力不仅与泥石流的性质相关，还受到载体力学性质的影响。实际上在受到泥石流冲击时，载体阻碍泥石流运动的过程中会发生振动变形，弹性应力波在通过载体以后，泥石流的冲击力会减小，并且，机械阻抗越小的结构材料，冲击力的值会减小更多，从而导致测到的泥石流冲击力的值与实际的相比偏小。

发明内容

为解决上述问题，本发明目的在于提供一种面向水槽实验的泥石流冲击力测量方法，该测量方法将水槽实验中受冲击载体在受到泥石流冲击过程中，发生振动变形后对泥石流冲击力的影响考虑在内，将实验中泥石流冲击时，受冲击材料发生的振动变形过程和泥石流冲击力的测量过程结合，能够使得水槽实验过程中测得的泥石流冲击力值和实际值的偏差得以有效减小，提高了水槽实验中泥石流冲击力的测量准确性，有效提升了水槽实验的预警能力。

本发明通过下述技术方案实现：

面向水槽实验的泥石流冲击力测量方法，包括以下步骤：

S1、建立光纤光栅应变传感器、悬臂梁和水槽的测量系统：在传统水槽装置基础上，将压力传感器替换为光纤光栅应变传感器，受冲击结构替换为悬臂梁，悬臂梁为L型，悬臂梁的底座固定在水槽槽底，将光纤光栅应变传感器设置在悬臂梁的迎水面上；

S2、基于水槽实验，根据泥石流的冲击力沿流深的变化规律，获得泥石流冲击力计算公式：