震后河道演变模拟试验装置

技术领域

本申请涉及水利工程技术领域，具体而言，涉及震后河道演变模拟试验装置。

背景技术

根据河道平衡研究理论，河道演变的发生主要是受控于水沙关系和能量条件。一般来讲，流域内部能量条件的改变主要依托于大规模的地形变化，在震后数十年流域内部能量条件的改变并不明显，而水沙关系的改变主要受控于地震对流域的影响程度和震后松散物质的分布情况。震后灾害影响程度、震后植被覆盖变化类型及震后强物质输移灾害发育特征控制着震后不同流域河道演变外动力条件和物源供给条件，尤其是震后的物源供给条件。泥石流的物质输移能力十分强大，是地貌改变的重要外动力，对河道的侵蚀能力极强，远大于山洪的物质输移能力。一般按比例复刻实际河道周边地形模型，对震后河道进行模拟试验。

然而，不论是河道沟谷深度，还是河道周边地形沟谷方向变化都是相当复杂的，试验模型的构建困难。且地震的强度、植被的覆盖类型、物源的种类又相互影响组合多样，震后河道演变模拟又需要多次进行试验。现有的试验模型装置很难提高震后河道演变模拟效率，影响对震后流域内河道演变规律、发展模式及河道平衡态的研究。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出震后河道演变模拟试验装置，利用塑料的延展性构造河道，并模拟河道流向，河道深度和河道截面形状；模拟河道的宽度和河道的蜿蜒变化，并模拟河道周边山型的坡角和坡面方向。

本申请是这样实现的：

本申请提供了一种震后河道演变模拟试验装置包括河道模拟组件和岸坡模拟组件。

所述河道模拟组件包括边撑架、河沟架、回转电机、床台、升降缸、沟爪、摆块、摆缸和塑料膜，所述河沟架设置于所述边撑架之间，所述回转电机机身设置于所述河沟架上，所述床台下端滑动贯穿于所述回转电机旋转端，所述升降缸缸身设置于所述回转电机旋转端，所述升降缸活塞杆一端设置于所述床台上，所述沟爪转动连接于所述床台周侧，所述摆块设置于所述沟爪之间，所述摆缸缸身转动连接于所述床台上，所述摆缸活塞杆一端转动连接于所述摆块上，所述塑料膜下端贴合于所述沟爪表面和所述床台表面，所述岸坡模拟组件包括调节导杆、滑台、调节缸、回转气缸、回转架、坡架、加力棒和调节齿架，所述调节导杆设置于所述边撑架内，所述滑台滑动于调节导杆表面，所述调节缸缸身设置于所述滑台内，所述调节缸活塞杆一端设置于所述调节导杆之间，所述回转气缸缸身设置于所述滑台上，所述回转架设置于所述回转气缸旋转端，所述坡架下端滑动于所述回转架内，所述塑料膜上端设置于所述坡架上，所述加力棒转动连接于所述回转架上端内，所述调节齿架设置于所述坡架上，所述加力棒啮合于所述调节齿架。

在本申请的一种实施例中，所述加力棒表面固定套接有加力齿轮，所述加力齿轮啮合于所述调节齿架上，所述加力棒表面固定套接有加力臂。

在本申请的一种实施例中，所述加力棒表面滑动套接有限位卡杆，所述限位卡杆插接于所述调节齿架内，所述限位卡杆上设置有拉力弹簧，所述拉力弹簧一端固定于所述回转架上端。

在本申请的一种实施例中，所述回转架周侧转动设置有辊轴，所述坡架下端滑动于所述辊轴之间。

在本申请的一种实施例中，所述调节导杆表面固定套接有调节板，所述调节缸活塞杆一端固定于所述调节板上，所述调节板上固定有阻尼器，所述阻尼器活塞杆一端贴合于所述滑台上。

在本申请的一种实施例中，所述回转电机旋转端设置有安装板，所述升降缸缸身设置于所述安装板上。

在本申请的一种实施例中，所述安装板上设置有限位导套，所述床台上设置有限位导柱，所述限位导柱滑动贯穿于所述限位导套内。

在本申请的一种实施例中，所述床台上设置有顶台，所述塑料膜贴合于所述顶台表面，所述床台上设置有顶座，所述沟爪转动连接于所述顶座之间。

在本申请的一种实施例中，所述床台悬挂有吊座，所述摆缸缸身转动连接于所述吊座内，所述摆块上固定有摆杆，所述摆缸活塞杆一端转动连接于所述摆杆内。

在本申请的一种实施例中，所述坡架上设置有锁板，所述塑料膜上端固定于所述坡架和锁板之间。

在本申请的一种实施例中，所述的震后河道演变模拟试验装置还包括地震演化组件和河道演化组件。

所述地震演化组件包括物源架、第一震缸、第一震板、第二震缸、第二震板、第三震缸和第三震板，所述物源架设置于所述坡架上，所述第一震缸缸身均匀设置于所述物源架上，所述第一震板设置于所述第一震缸活塞杆一端，所述第二震缸缸身均匀设置于所述物源架上，所述第二震板设置于所述第二震缸活塞杆一端，所述第三震缸缸身对称设置于所述物源架周侧，所述第三震板设置于所述第三震缸活塞杆一端，所述第三震板一一对应，所述河道演化组件包括截流架、坝板、河流管、降雨架和喷嘴，所述截流架设置于所述河沟架上，所述坝板设置于所述截流架上，所述塑料膜两端粘连于所述坝板上，所述河流管连通设置于所述坝板上，所述河流管连通于外部循环管路，所述降雨架设置于所述坡架上，所述降雨架连通于外部供水管路，所述喷嘴连通设置于所述降雨架上，所述喷嘴朝向所述物源架。

在本申请的一种实施例中，所述降雨架上连通设置有供水接口，所述供水接口连通于外部供水管路，所述喷嘴连通设置有支管，所述支管两端连通设置有调节阀，所述调节阀连通设置于所述降雨架上。

在本申请的一种实施例中，所述物源架内固定有背板和坐板，所述第一震板朝向所述背板，所述第二震板朝向所述坐板，所述第一震缸、所述第二震缸和所述第三震缸活塞杆表面固定套接有限位弹塞。

本申请的有益效果是：本申请通过上述设计得到的震后河道演变模拟试验装置，使用时，根据河流区域的遥感数据，选用耐磨防水和具备延展性的塑料膜对河道轮廓进行模拟。塑料膜边缘通过锁板夹持在坡架上，中间塑料膜自然重力垂下落在沟爪之间的顶台上，并形成沟谷。通过升降缸调节塑料膜沟谷的高度，模拟自然河道深度的变化，通过摆缸控制沟爪的转角，对塑料膜下端进行塑型支撑，模拟自然河道下端截面形状，并对塑料膜沟谷内水流泥石进行支撑。通过回转电机控制塑料膜下端沟谷的扭转，配合回转气缸控制塑料膜上端边缘的扭转，模拟自然河道的流向。通过调节缸调节塑料膜边缘的张开宽度，手握加力臂带动加力棒转动，通过加力齿轮和调节齿架的啮合传动控制调节坡架的翻转角度，在拉力弹簧的作用下，限位卡杆常态与调节齿架插接，保持调节坡架当前的翻转位置，间接调节塑料膜边缘的高度，模拟自然河道上端截面形状。向河道内壁铺设石块和泥浆，对河道进行整体精确模拟，提高河道演变模拟效率，增加对震后流域内河道演变规律、发展模式及河道平衡态的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施方式提供的震后河道演变模拟试验装置立体结构示意图；

图2为本申请实施方式提供的河道模拟组件局部立体结构示意图；

图3为本申请实施方式提供的河道模拟组件立体结构示意图；

图4为本申请实施方式提供的岸坡模拟组件局部立体结构示意图；

图5为本申请实施方式提供的岸坡模拟组件局部立体结构示意图；

图6为本申请实施方式提供的地震演化组件和河道演化组件立体结构示意图；

图7为本申请实施方式提供的河道演化组件局部立体结构示意图。

图中：100-河道模拟组件；110-边撑架；120-河沟架；130-回转电机；131-安装板；132-限位导套；140-床台；141-限位导柱；142-顶台；143-顶座；144-吊座；150-升降缸；160-沟爪；170-摆块；171-摆杆；180-摆缸；190-塑料膜；300-岸坡模拟组件；310-调节导杆；311-调节板；312-阻尼器；320-滑台；330-调节缸；340-回转气缸；350-回转架；351-辊轴；360-坡架；361-锁板；370-加力棒；371-加力齿轮；372-加力臂；373-限位卡杆；374-拉力弹簧；380-调节齿架；500-地震演化组件；510-物源架；511-背板；512-坐板；520-第一震缸；530-第一震板；540-第二震缸；550-第二震板；560-第三震缸；561-限位弹塞；570-第三震板；700-河道演化组件；710-截流架；720-坝板；730-河流管；740-降雨架；741-供水接口；750-喷嘴；751-支管；752-调节阀。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

实施例

如图1-图7所示，根据本申请实施例的震后河道演变模拟试验装置包括河道模拟组件100、岸坡模拟组件300、地震演化组件500和河道演化组件700。河道模拟组件100安装在岸坡模拟组件300之间，地震演化组件500安装在岸坡模拟组件300上，河道演化组件700部分安装在地震演化组件500上，河道演化组件700部分安装在河道模拟组件100。河道模拟组件100利用塑料的延展性构造河道，并模拟河道流向，河道深度和河道截面形状；岸坡模拟组件300配合河道模拟组件100模拟河道的宽度和河道的蜿蜒变化，并模拟河道周边山型的坡角和坡面方向；地震演化组件500填充固体物质模拟河道周边山体滑坡，并模拟不同震波方向和强度对滑坡物源的影响；河道演化组件700模拟降雨导致的泥石流对河道冲击的侵蚀，山洪的冲蚀和堆积体对河道演变的影响。

如图2-图7所示，不仅是河道流域深度，还是河道周边地形沟谷方向变化都是相当复杂的，试验模型的构建困难。且地震的强度、植被的覆盖类型、物源的种类又相互影响多种组合，震后河道演变模拟又需要多次进行试验。现有的试验模型装置很难提高震后河道演变模拟效率，影响对震后流域内河道演变规律、发展模式及河道平衡态的研究。

河道模拟组件100包括边撑架110、河沟架120、回转电机130、床台140、升降缸150、沟爪160、摆块170、摆缸180和塑料膜190。河沟架120设置于边撑架110之间，河沟架120与边撑架110栓接。回转电机130机身设置于河沟架120上，回转电机130与河沟架120栓接。升降缸150缸身设置于回转电机130旋转端，回转电机130旋转端设置有安装板131，安装板131与回转电机130栓接。升降缸150缸身设置于安装板131上，升降缸150与安装板131栓接。床台140下端滑动贯穿于回转电机130旋转端，安装板131上设置有限位导套132，限位导套132与安装板131栓接销钉定位。床台140上设置有限位导柱141，限位导柱141与床台140栓接销钉连接。限位导柱141滑动贯穿于限位导套132内，增加床台140的升降精度。升降缸150活塞杆一端设置于床台140上，升降缸150与床台140栓接。

其中，沟爪160转动连接于床台140周侧，床台140上设置有顶座143，顶座143与床台140栓接，沟爪160转动连接于顶座143之间，沟爪160与顶座143销轴连接。摆块170设置于沟爪160之间，摆块170与沟爪160栓接销钉定位。摆缸180缸身转动连接于床台140上，床台140悬挂有吊座144，吊座144与床台140栓接。摆缸180缸身转动连接于吊座144内，摆缸180与吊座144销轴连接。摆缸180活塞杆一端转动连接于摆块170上，摆块170上固定有摆杆171，摆杆171与摆块170栓接。摆缸180活塞杆一端转动连接于摆杆171内，摆缸180与摆杆171销轴连接。塑料膜190下端贴合于沟爪160表面和床台140表面，床台140上设置有顶台142，顶台142与床台140栓接，塑料膜190贴合于顶台142表面。

岸坡模拟组件300包括调节导杆310、滑台320、调节缸330、回转气缸340、回转架350、坡架360、加力棒370和调节齿架380。调节导杆310设置于边撑架110内，滑台320滑动于调节导杆310表面，调节缸330缸身设置于滑台320内，调节缸330与滑台320栓接。调节缸330活塞杆一端设置于调节导杆310之间，所述调节导杆310表面固定套接有调节板311，具体的调节板311套接调节导杆310通过螺栓螺母夹紧。调节缸330活塞杆一端固定于调节板311上，调节缸330与调节板311栓接。调节板311上固定有阻尼器312，阻尼器312与调节板311螺纹连接。阻尼器312活塞杆一端贴合于滑台320上，减少滑台320的滑动惯性对填土的的影响。回转气缸340缸身设置于滑台320上，回转气缸340与滑台320栓接。回转架350设置于回转气缸340旋转端，回转架350与回转气缸340栓接。

其中，坡架360下端滑动于回转架350内，回转架350周侧转动设置有辊轴351，辊轴351与回转架350轴承连接，坡架360下端滑动于辊轴351之间。塑料膜190上端设置于坡架360上，坡架360上设置有锁板361，塑料膜190上端固定于坡架360和锁板361之间，具体的坡架360和锁板361表面设置有凸起凹槽，增加对塑料膜190的摩擦力。加力棒370转动连接于回转架350上端内，加力棒370与回转架350轴承连接。调节齿架380设置于坡架360上，调节齿架380与坡架360栓接。加力棒370啮合于调节齿架380，加力棒370表面固定套接有加力齿轮371，加力齿轮371与加力棒370键连接。加力齿轮371啮合于调节齿架380上。加力棒370表面固定套接有加力臂372，方便人员的调节。加力棒370表面滑动套接有限位卡杆373。

其中，限位卡杆373插接于调节齿架380内，限位卡杆373上设置有拉力弹簧374，限位卡杆373与拉力弹簧374螺接，拉力弹簧374一端固定于回转架350上端，拉力弹簧374与回转架350螺接。

根据河流区域的遥感数据，选用耐磨防水和具备延展性的塑料膜190对河道轮廓进行模拟。塑料膜190边缘通过锁板361夹持在坡架360上，中间塑料膜190自然重力垂下落在沟爪160之间的顶台142上，并形成沟谷。通过升降缸150调节塑料膜190沟谷的高度，模拟自然河道深度的变化，通过摆缸180控制沟爪160的转角，对塑料膜190下端进行塑型支撑，模拟自然河道下端截面形状，并对塑料膜190沟谷内水流泥石进行支撑。通过回转电机130控制塑料膜190下端沟谷的扭转，配合回转气缸340控制塑料膜190上端边缘的扭转，模拟自然河道的流向。通过调节缸330调节塑料膜190边缘的张开宽度，手握加力臂372带动加力棒370转动，通过加力齿轮371和调节齿架380的啮合传动控制调节坡架360的翻转角度，在拉力弹簧374的作用下，限位卡杆373常态与调节齿架380插接，保持调节坡架360当前的翻转位置，间接调节塑料膜190边缘的高度，模拟自然河道上端截面形状。向河道内壁铺设石块和泥浆，对河道进行整体精确模拟，提高河道演变模拟效率，增加对震后流域内河道演变规律、发展模式及河道平衡态的研究。

地震演化组件500包括物源架510、第一震缸520、第一震板530、第二震缸540、第二震板550、第三震缸560和第三震板570。物源架510设置于坡架360上，物源架510与坡架360焊接。第一震缸520缸身均匀设置于物源架510上，物源架510与第一震缸520栓接。第一震板530设置于第一震缸520活塞杆一端，第一震板530与第一震缸520栓接。物源架510内固定有背板511和坐板512，物源架510分别与背板511和坐板512焊接。第一震板530朝向背板511。第二震缸540缸身均匀设置于物源架510上，第二震缸540与物源架510栓接。第二震板550设置于第二震缸540活塞杆一端，第二震板550与第二震缸540栓接。第二震板550朝向坐板512。第三震缸560缸身对称设置于物源架510周侧，第三震缸560与物源架510栓接。

其中，第三震板570设置于第三震缸560活塞杆一端，第三震板570与第三震缸560栓接，第三震板570一一对应。第一震缸520、第二震缸540和第三震缸560活塞杆表面固定套接有限位弹塞561，限位弹塞561分别与第一震缸520、第二震缸540和第三震缸560螺接，方便行程的调节。

河流周边山体的坡度和山体的坡向，影响泥石流对河道的冲蚀改造，不同的地震强度及地表植被覆盖又影响各个山体滑坡物源的种类和规模。将物源分类分层填埋到物源架510内，并在表面进行拦网铺设，模拟自然环境下引发泥石流的山体滑坡物源和山体滑坡表面的植被覆盖。通过加力齿轮371和调节齿架380的啮合传动控制调节物源架510的翻转角度，也就是山体滑坡的坡角，通过回转气缸340控制物源架510的扭转，也就是山体滑坡的坡向，模拟自然环境下河道周边山体的演变。通过第一震缸520控制第一震板530的往复运动，模拟自然环境下山体滑坡背向一侧的地震破坏，通过第二震缸540控制第二震板550的往复运动，模拟自然环境下山体滑坡重力一侧的地震破坏，通过第三震缸560控制第三震板570的往复运动，模拟自然环境下山体横向方向的地震破坏，通过震动强度变化和组合，分析研究震后松散物质的分布情况和泥石流输移灾害发育的特征，提高震后河道周边山体滑坡模拟精度。

河道演化组件700包括截流架710、坝板720、河流管730、降雨架740和喷嘴750。截流架710设置于河沟架120上，截流架710与河沟架120栓接。坝板720设置于截流架710上，坝板720与截流架710栓接。塑料膜190两端粘连于坝板720上，方便河道的模拟和水流的暂存。河流管730连通设置于坝板720上，河流管730与坝板720焊接。河流管730连通于外部循环管路，方便水流的模拟。降雨架740设置于坡架360上，坡架360与降雨架740栓接。降雨架740连通于外部供水管路，降雨架740上连通设置有供水接口741，供水接口741与降雨架740螺接生胶带密封。供水接口741连通于外部供水管路。喷嘴750连通设置于降雨架740上，喷嘴750连通设置有支管751，喷嘴750与支管751螺接生胶带密封。支管751两端连通设置有调节阀752，支管751与调节阀752螺接生胶带密封。

其中，调节阀752连通设置于降雨架740上，调节阀752与降雨架740法兰连接。喷嘴750朝向物源架510，进行降雨模拟。

降雨是震后河道周边泥石流的动力起因，震后导致滑坡物质松散和植被保固破坏。降雨后形成的泥石流会冲蚀河道，引发冲淤堆积河床抬高且河谷扩宽。通过调节阀752控制喷嘴750的降雨量和降雨位置，震后滑坡受到降雨的影响，降雨的强度和地震的破坏会引发不同种类的物源的泥石流，多种组合对河道演变的泥石流进行模拟实验，形成的泥石流冲击原有塑料膜190内铺设的泥石，改变原有河道的地形地貌，坝板720将塑料膜190拦截，形成河流蓄水，河流管730连通外部循环管路对河道内泥石进行冲刷带走，形成连续的震后河道体系，方便物源泥石流的转运，精确模拟震后的河道演变。

具体的，该震后河道演变模拟试验装置的工作原理：根据河流区域的遥感数据，选用耐磨防水和具备延展性的塑料膜190对河道轮廓进行模拟。塑料膜190边缘通过锁板361夹持在坡架360上，中间塑料膜190自然重力垂下落在沟爪160之间的顶台142上，并形成沟谷。通过升降缸150调节塑料膜190沟谷的高度，模拟自然河道深度的变化，通过摆缸180控制沟爪160的转角，对塑料膜190下端进行塑型支撑，模拟自然河道下端截面形状，并对塑料膜190沟谷内水流泥石进行支撑。通过回转电机130控制塑料膜190下端沟谷的扭转，配合回转气缸340控制塑料膜190上端边缘的扭转，模拟自然河道的流向。通过调节缸330调节塑料膜190边缘的张开宽度，手握加力臂372带动加力棒370转动，通过加力齿轮371和调节齿架380的啮合传动控制调节坡架360的翻转角度，在拉力弹簧374的作用下，限位卡杆373常态与调节齿架380插接，保持调节坡架360当前的翻转位置，间接调节塑料膜190边缘的高度，模拟自然河道上端截面形状。向河道内壁铺设石块和泥浆，对河道进行整体精确模拟，提高河道演变模拟效率，增加对震后流域内河道演变规律、发展模式及河道平衡态的研究。

进一步，河流周边山体的坡度和山体的面向，影响泥石流对河道的冲蚀改造，不同的地震强度，地表植被覆盖又影响各个山体滑坡物源的种类和规模，将物源分类分层填埋到物源架510内，并在表面进行拦网铺设，模拟自然环境下引发泥石流的山体滑坡物源和山体滑坡表面的植被覆盖。通过加力齿轮371和调节齿架380的啮合传动控制调节物源架510的翻转角度，也就是山体滑坡的坡角，通过回转气缸340控制物源架510的扭转，也就是山体滑坡的面向，模拟自然环境下河道周边山体的演变。通过第一震缸520控制第一震板530的往复运动，模拟自然环境下山体滑坡背向一侧的地震破坏，通过第二震缸540控制第二震板550的往复运动，模拟自然环境下山体滑坡重力一侧的地震破坏，通过第三震缸560控制第三震板570的往复运动，模拟自然环境下山体横向方向的地震破坏，通过震动强度变化和组合，分析研究震后松散物质的分布情况和泥石流输移灾害发育的特征，提高震后河道周边山形滑坡模拟精度。

另外，降雨是震后河道周边泥石流的动力起因，震后导致滑坡物质松散和植被保固破坏。降雨后形成的泥石流会冲蚀河道，引发冲淤堆积河床抬高且河谷扩宽。通过调节阀752控制喷嘴750的降雨量和降雨位置，震后滑坡受到降雨的影响，降雨的强度和地震的破坏会引发不同种类的物源的泥石流，多种组合对河道演变的泥石流进行模拟实验，形成的泥石流冲击原有塑料膜190内铺设的泥石，改变原有河道的地形地貌，坝板720将塑料膜190拦截，形成河流蓄水，河流管730连通外部循环管路对河道内泥石进行冲刷带走，形成连续的震后河道体系，方便物源泥石流的转运，精确模拟震后的河道演变。

需要说明的是，回转电机130、升降缸150、摆缸180、调节缸330、回转气缸340、第一震缸520、第二震缸540、第三震缸560和调节阀752具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

回转电机130、升降缸150、摆缸180、调节缸330、回转气缸340、第一震缸520、第二震缸540、第三震缸560和调节阀752的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。