一種碎屑流模擬及動態參數獲取實驗方法和實驗裝置與流程

2023-05-24 06:28:44

本發明涉及地質研究技術領域，尤其涉及一種碎屑流模擬及動態參數獲取實驗方法和實驗裝置。

背景技術：

碎屑流是指在重力作用下沿斜坡向下流動的砂、礫、粘土物質和水的混合物高密度流體。為了對碎屑流運動進行相關研究，本領域一般採用模擬裝置進行模擬。現有的模擬方法所採用的裝置，一般結構如圖1-3所示，採用有機玻璃和PVC 塑料製作滑槽，滑槽包括滑槽前側板1、滑槽後側板、滑槽底面板3和轉角滑槽組件4，將碎屑流材料置於圖1所示滑槽頂部的碎屑流材料放置空間6，拔去螺栓F，使閘板5打開，模擬碎屑流啟動、運移和堆積、停積過程，

這種裝置有如下缺陷：

（1）受滑槽長度的限制，無法模擬碎屑流運移的高速運動狀態。

（2）每次只能實現碎屑流單次釋放，碎屑流高度大致固定，無法模擬碎屑流的不同運動速度，解釋不清碎屑流發生的多樣性。

（3）每次試驗時間較短，從碎屑流的啟動，運移，到停積過程，往往在1到2秒內就完成，沒有充足的時間觀察記錄試驗過程中碎屑流的運動狀態和碎屑顆粒的相互作用。

（4）運動狀態監測難度較大，由於試驗過程較短，無法監測到有效的試驗數據，比如碎屑流的運動速度，碎屑流與基底的作用力，碎屑流內部顆粒的相互作用等。

技術實現要素：

本發明的目的之一是提供一種碎屑流模擬及動態參數獲取實驗裝置，改變現有模擬裝置實驗過程短，監測不便的缺陷，實現碎屑流發生的長時間模擬，表現碎屑流在運移過程中的相互作用機理。

為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是這樣的：一種碎屑流模擬實驗裝置，包括旋轉鼓體，用於驅動所述旋轉鼓體的驅動裝置，以及用於承載所述旋轉鼓體和驅動裝置的支架，所述旋轉鼓體的後側面板上設置有進料口，所述旋轉鼓體的前側面板為透明材質，所述驅動裝置為驅動輪，所述驅動輪採用電機帶動。

本發明採用驅動輪周緣驅動的方式，依靠驅動輪與旋轉鼓體摩擦驅動。

作為優選的技術方案：所述透明材質為玻璃鋼。

作為優選的技術方案：所述驅動輪為四個，並對稱設置於所述支架底部兩端，並與所述旋轉鼓體相切。

作為優選的技術方案：還設置有同於調節所述驅動輪轉速的速度調節裝置。

作為進一步優選的技術方案：還設置有用於顯示所述旋轉鼓體線速度的液晶面板。

作為優選的技術方案：在所述旋轉鼓體中心通過外置支架還安裝有攝像機、掃描儀和粒子成像測速儀，在所述旋轉鼓體底部安裝有流體壓力傳感器、荷載傳感器。在旋轉鼓體中心通過外置支架安裝相應的儀器，可以避免裝置工作時對數據精度的影響。

作為優選的技術方案：在鼓體底部安裝有流體壓力傳感器、荷載傳感器。

作為優選的技術方案：在所述支架上方還設置有限位輪，所述限位輪與所述旋轉鼓體相切。

作為優選的技術方案：所述旋轉鼓體的外周還設置有限位槽。

本發明的目的之二，在於提供一種採用上述裝置進行碎屑流模擬實驗方法，包括以下步驟：將碎屑流通過所述進料口進料，然後啟動驅動裝置，旋轉鼓體開始旋轉，並根據需要調節所述旋轉鼓體的轉速，通過旋轉鼓體的前側面進行觀察碎屑流流動狀態，並採用儀器獲取碎屑流運動參數。

作為優選的技術方案，所述儀器為攝像機、掃描儀和粒子成像測速儀。

與現有技術相比，本發明的優點在於：採用本發明的模擬實驗裝置，旋轉鼓體內碎屑物質循環轉動，相當於「延長」了滑槽的長度，使得碎屑流的流動過程處於無限時長狀態或者可控的時長狀態，從而精確地模擬碎屑流的運移過程；

透明的前側面板作為觀察窗可以直觀地觀察碎屑流流動狀態，並可以應用高速相機記錄顆粒運動軌跡；

採用驅動輪周緣驅動方式，可以擁有更大的儀器設置空間，在裝置中心安設攝像機、掃描儀、粒子成像測速儀（PIV），在鼓體底部安設流體壓力傳感器、荷載傳感器，獲取碎屑流動態參數。

附圖說明

圖1和圖2為現有技術的結構示意圖；

圖3為圖1中閘板的結構示意圖；

圖4為本發明的裝置整體結構示意圖；

圖5為本發明的裝置前視圖；

圖6為本發明的裝置側視圖。

圖中：1、滑槽前側板；2、滑槽後側板；3、滑槽底面板；4、轉角滑槽組件；5、閘板；6、碎屑流材料放置空間；7、支架；8、旋轉鼓體；9、驅動裝置；10、前側面板；11、後側面板；12、進料口；13、限位輪；14、限位槽。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

實施例：

參見圖4-6，一種碎屑流模擬實驗裝置，包括旋轉鼓體8，用於驅動所述旋轉鼓體8的驅動裝置9，以及用於承載所述旋轉鼓體8和驅動裝置9的支架7，本實施例旋轉鼓體8的後側面板11為鋼板材料，後側面板11上設置有進料口12，旋轉鼓體8的前側面板為透明的玻璃鋼，以作為旋轉鼓體8旋轉時碎屑流觀察窗口，本實施例的驅動裝置9為驅動輪，所述驅動輪為四個，並對稱設置於所述支架7底部兩端，並與所述旋轉鼓體8相切，所述驅動輪採用同步電機帶動，

還設置有同於調節所述驅動輪轉速的速度調節裝置，還設置有用於顯示所述旋轉鼓體8線速度的液晶面板；

在所述旋轉鼓體中心通過外置支架還安裝有攝像機、掃描儀和粒子成像測速儀，在所述旋轉鼓體底部安裝有流體壓力傳感器、荷載傳感器。在旋轉鼓體中心通過外置支架安裝相應的儀器，可以避免裝置工作時對數據精度的影響；

在所述支架7上方還設置有限位輪13，所述限位輪13與所述旋轉鼓體8相切；

所述旋轉鼓體8的外周還設置有限位槽14，該限位槽14可以讓旋轉鼓體在豎直方向轉動，防止旋轉鼓體傾斜，該限位槽14與限位輪13配合實現限位旋轉。

實驗時，將碎屑流通過所述進料口12進料，然後啟動驅動裝置9，旋轉鼓體8開始旋轉，並根據需要調節所述旋轉鼓體8的轉速，通過旋轉鼓體8的前側面板10即玻璃鋼進行觀察碎屑流流動狀態，並採用前述儀器和傳感器獲取碎屑流動態參數。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。