本发明涉及地质实验和地质灾害防治技术领域，具体为一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台。
背景技术：
高位滑坡碎屑流是我国高山地区的一种典型链式地质灾害，由高位滑坡在运动过程中解体形成高速碎屑流，中间夹杂高含量巨石，具有高能量、高冲击力特性，往往能够引发灾难性事件，造成严重的生命财产损失。
目前，高位滑坡碎屑流拦挡通常采用的方法是运用已在高位泥石流拦挡工程中运用较多的重力坝、格栅坝、桩林坝、桩梁坝等，其中由国内专家率先提出的桩林及桩梁坝兼具流固分治和抵抗大块石冲击的优点。
然而，高位滑坡碎屑流启动、加速、侵蚀和堆积是一个非常复杂的过程，各种影响因素及权重尚难明晰，反映其运动机理的力学方程构建仍处于探索阶段。进行拦挡治理的桩林及桩梁坝等组合结构的防护机理、力学规律及消能效果尚不明确，缺少成熟的设计计算方法。
因此迫切需要设计针对高位滑坡碎屑流的可模拟其运动及拦挡结构冲击的综合试验平台，从而使高位滑坡碎屑流运动机理的认识及拦挡结构设计技术的发展更上一步台阶。
国外高位滑坡碎屑流及拦挡结构试验基本上是利用既有山坡开展相关运动、冲击试验，缺点是试验场地易受现场环境的限制。而且试验场地往往距离市区较远，每一次试验成本相对较高，花费时间较多。
技术实现要素：
针对上述问题本发明的目的在于提供一种就近修建的可模拟不同角度组合情况下高位滑坡碎屑流运动及拦挡结构冲击的试验平台。技术方案如下：
一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台，包括：起吊设备(1)、第一级滑槽支撑(3)、倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)、防护墙(9)、地锚沟(11)、观测平台(13)、减阻回收池(12)和多级滑槽(4～6)。多级滑槽由上而下包括第一级滑槽(4)、第二级滑槽(5)、第三级滑槽(6)，其组成主要包括顶板横梁(14)、顶板纵梁(15)、透明侧壁(16)、侧壁竖肋(17)、可拆卸扣件(18)、螺栓(19)、透明顶板(21)、底板横梁(20)、底板(23)。
所述滑块(2)可以是完整单一块体，也可以是分割成若干小块呈有序放置的整体，甚至可以是颗粒堆积成一定形状。材料可用石膏、砖、石英砂，工艺可用粘结或3d打印。滑块(2)总体积可到到2m×2m×1.8m＝7.2m3，位置最高高度达到35m，最高势能可达约6000kj。
所述第一级滑槽(4)置于第一级滑槽支撑(3)之上，可不设置透明顶板(21)、顶板横梁(14)、顶板纵梁(15)，以方便起吊设备(1)吊装滑块(2)。第一级滑槽(4)内部可增设水平千斤顶，以方便滑块初始滑动。
所述第二级滑槽(5)、第三级滑槽(6)需设置透明顶板(21)、顶板横梁(14)、顶板纵梁(15)。但第三级滑槽(6)在最上方靠近上一级滑槽部位可不设置透明顶板(21)、顶板横梁(14)、顶板纵梁(15)。
所述第一级滑槽(4)与第二级滑槽(5)之间设置矩形柔性接头装置(26)，方便第二级滑槽(5)在调节角度时与第一级滑槽(4)之间保持充分连续。矩形柔性接头装置(26)由不锈钢盖板(28)和不锈钢内板(29)通过螺栓(30)连接。不锈钢内板(29)外侧需保持一定的光滑弧度，以便自适应调节，不锈钢盖板(28)和不锈钢内板(29)之间的水平间距l1可达1～2cm，两者之间的竖向距离l2为0.8～1.6cm。第三级滑槽(6)顶部呈梯形扩大头，以便滑块顺利从第二级滑槽(5)运动到下一级滑槽(6)中。该扩大头部位沿纵长大约50～100cm，扩大头角度15°～20°。扩大头也可设计为矩形无盖形状。第二级滑槽(5)、第三级滑槽(6)最长均可达35m。
所述第二级滑槽(5)底板可设置可拆卸扣件(18)、螺栓(19)，以便在扣件(18)上固定阻滑条(24)，从而促进滑块凌空飞跃碰撞解体。阻滑条(24)宜在第二级滑槽(5)按等距增设3～5处。
所述倾斜液压升降平台(7)可实现第二级滑槽(5)变角度45°～60°。自动液压升降平台(8)可实现第三级滑槽(6)变角度30°～45°。倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)底座可设置沿纵向的轮轨，方便微调。
所述阻滑条(24)之间可预充填完整玻璃或饱水海绵或圆形颗粒(含3d打印颗粒簇)等。
所述防护墙(9)可选用防护网或砖砌墙体。
所述地锚沟(11)为矩形沟槽，共计12条，每条之间间距150mm。地锚沟可用于安装桩林坝(10)、桩梁坝、桩网刚柔组合结构(22)、肋底防护结构试验模型(25)。
所述减阻回收池(12)高度1.2～2.0m，底部c30混凝土浇筑，坡度大于2％，两侧可用砖墙，顶部可用抽拉式盖板，盖板与两侧砖墙之间设置脚轮。试验时，盖板拉开，试验结束可将盖板闭合。减阻回收池为进一步将剩余运动颗粒减阻及存储，并循环利用相应尾料。
所述观测平台(13)为矩形结构，一侧设置台阶，顶部平台供试验人员观测和拍摄试验照片，底部空间可作为安放监测采集仪器、液压升级平台的控制操作平台及工作人员观测记录监测曲线的场所。
有益效果
本发明一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台，具有以下效果：
(1)本发明的大型试验平台可修建在就近场地，地锚沟可安装桩林坝、桩梁坝、桩网刚柔组合结构、肋底防护结构等试验模型。可在同一平台上实现多种抗冲拦挡结构的大尺、乃至足尺冲击试验，试验场地不受现场环境限制，并且可以方便重复地进行抗冲拦挡试验和数据采集，可充分控制成本。
(2)本发明克服了传统试验装置模拟碎屑流沟道的固定角度局限，增设了多种自动液压升降平台，能够模拟多种角度组合工况下碎屑流的运动。
(3)在滑槽中增设阻滑条，可促进滑块凌空飞跃碰撞解体。从而更好模拟反映滑坡转化成碎屑流的瞬时过程和碎裂机理。如果在某两条阻滑条中间进一步预充填完整玻璃或饱水海绵或圆形颗粒(含3d打印颗粒簇)等，还可以模拟碎屑流底部边界层“液化”或“力学液化”加速过程。
(4)本发明将高位滑坡的剪出-碰撞碎裂-裹挟铲刮-流动堆积运动过程及拦挡结构抗冲击过程完整的结合起来，更能在现场试验中直接反映拦挡结构抗冲击效果。
(5)设置减阻回收池，一方面进一步将剩余运动颗粒减阻，提高试验过程中的安全，另一方面收集、循环利用废料，起到降低成本和环保作用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，同时可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳的实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1为本发明的结构侧视示意图；
图2为图1中a-a’截面图；
图3为图1中b-b’截面图；
图4为图1中c-c’截面图；
图5为本发明实施例的桩网刚柔组合结构模型试验示意图；
图6为本发明实施例的肋底防护结构模型试验示意图；
图7为本发明第一级、二级滑槽之间的矩形柔性接头装置大样图；
1、起吊设备，2、滑块，3、第一级滑槽支撑，4、第一级滑槽，5、第二级滑槽，6、第三级滑槽，7、倾斜液压升降平台，8、自动液压升降平台，9、防护墙，10、桩林坝结构模型，11、地锚沟，12、减阻回收池，13、观测平台，14、顶板横梁，15、顶板纵梁，16、透明侧壁，17、侧壁竖肋，18、可拆卸扣件，19、螺栓，20、底板横梁，21、透明顶板，22、桩网刚柔组合结构模型，23、底板，24、阻滑条，25、肋底防护结构模型，26、矩形柔性接头装置，27、不锈钢盖板，28、不锈钢内板，29、螺栓孔，30、螺栓
具体实施方式
为进一步描述本发明，下面结合附图和实施例对一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台作进一步详细描述。
由图1～6所示一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台，包括起吊设备(1)、用于安放第一级滑槽(4)的支撑(3)、用于分别安放第二级(5)、第三级滑槽(6)及自动变角度的倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)、用于安全考虑的防护墙(9)、用于安装桩林坝(10)、桩梁坝、桩网刚柔组合结构(22)、肋底防护结构(25)等试验模型地锚沟(11)、用于顶部观测和拍摄试验照片，底部安放监测采集仪器等的观测平台(13)、用于颗粒降速及收集、循环利用废料的减阻回收池(12)。
如图1所示，起吊设备(1)用于吊装试验用滑块(2)置于第一级滑槽(4)中，通过倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)完成第二级(5)、第三级滑槽(6)角度变化至试验要求，例如：第二级滑槽(5)变角度至60°，第三级滑槽(6)变角度至30°，该过程可利用液压升降平台的控制操作平台自动实现。桩林坝结构模型(10)使用锚固件安装在地锚沟(11)。其中若要促进滑块凌空飞跃碰撞解体，可在第二级滑槽(5)中按等距增设5处阻滑条(24)，阻滑条(24)通过可拆卸扣件(18)和螺栓(19)与底板(23)连接。若要进一步考虑底部边界层“液化”加速过程，可在第3-4处阻滑条(24)之间布置饱水海绵。滑块(2)启动后，迅速形成碎屑流，并在运动过程中加速，撞击桩林坝结构模型(10)，一些较小颗粒散落于减阻回收池(12)内。从而完成一次冲击试验。试验中可通过调节滑块的大小、形状、块体组合，例如：完整单一块体，也可以是分割成若干小块呈有序放置的小型块体组合，甚至可以是某种级配的颗粒按一定形状放置的堆积体。材料可用石膏、砖、石英砂，工艺可用粘结或3d打印。调节第二级(5)、第三级滑槽(6)角度及阻滑条(24)间距及填充物，改变桩林坝结构模型(10)桩之间的间距，排列方式，以及增设梁构件，形成桩梁坝等模型，完成一系列相关试验，获得相关设计参数。
如图5所示，起吊设备(1)用于吊装试验用滑块(2)置于第一级滑槽(4)中，通过倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)完成第二级(5)、第三级滑槽(6)角度变化至试验要求，例如：第二级滑槽(5)变角度至45°，第三级滑槽(6)变角度至30°，该过程可利用液压升降平台的控制操作平台自动实现。桩网刚柔组合结构模型(22)使用锚固件安装在地锚沟(11)。其中若要促进滑块凌空飞跃碰撞解体，可在第二级滑槽(5)中按等距增设3处阻滑条(24)，阻滑条(24)通过可拆卸扣件(18)和螺栓(19)与底板(23)连接。若要进一步考虑底部边界层“力学液化”加速过程，可在第2-3处阻滑条(24)之间布置若干3d陶瓷打印颗粒簇，填充物高度不高于阻滑条(24)高度。滑块(2)启动后，迅速形成碎屑流，并在运动过程中加速，撞击桩网刚柔组合结构模型(22)，一些特别细小颗粒从网中逃逸散落于减阻回收池(12)内。从而完成一次冲击试验。试验中可通过调节滑块的大小、形状、块体组合，例如：完整单一块体，也可以是分割成若干小块呈有序放置的小型块体组合，甚至可以是某种级配的颗粒按一定形状放置的堆积体。材料可用石膏、砖、石英砂，工艺可用粘结等。调节第二级(5)、第三级滑槽(6)角度及阻滑条(24)间距及填充物，改变桩网刚柔组合结构模型(22)桩之间的间距，排列方式，以及增设梁构件，以及在前后排桩之间增设防护网，完成一系列相关试验，获得相关设计参数。
如图6所示，起吊设备(1)用于吊装试验用滑块(2)置于第一级滑槽(4)中，通过倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)完成第二级(5)、第三级滑槽(6)角度变化至试验要求，例如：第二级滑槽(5)变角度至45°，第三级滑槽(6)变角度至45°，该过程可利用液压升降平台的控制操作平台自动实现。肋底防护结构模型(25)使用锚固件安装在地锚沟(11)，高度约0.3～0.5m。其中若要促进滑块凌空飞跃碰撞解体，可在第二级滑槽(5)中按等距增设4处阻滑条(24)，阻滑条(24)通过可拆卸扣件(18)和螺栓(19)与底板(23)连接。若要进一步考虑底部边界层低摩擦角加速过程，可在第2-3处阻滑条(24)之间布置完整玻璃。滑块(2)启动后，迅速形成碎屑流，并在运动过程中加速，撞击肋底防护结构模型(25)，颗粒将整体翻越过肋底防护结构模型(25)，但速度将逐渐减缓，最后散落或“流入”减阻回收池(12)内。从而完成一次冲击试验。试验中可通过调节滑块的大小、形状、块体组合，例如：完整单一块体，也可以是分割成若干小块呈有序放置的小型块体组合，甚至可以是某种级配的颗粒按一定形状放置的堆积体。材料可用石膏、砖、石英砂，工艺可用粘结或3d打印。调节第二级(5)、第三级滑槽(6)角度及阻滑条(24)间距及填充物，改变肋底防护结构模型(22)的高度、长度，前后排间距、排列方式，完成一系列相关试验，获得相关设计参数。
按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计、试验原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的内容基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。
1.一种高位滑坡碎屑流抗冲拦挡结构模拟试验平台，其特征在于，包括：起吊设备(1)、滑块(2)、第一级滑槽支撑(3)、倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)、防护墙(9)、地锚沟(11)、减阻回收池(12)和多级滑槽；多级滑槽由上而下包括第一级滑槽(4)、第二级滑槽(5)、第三级滑槽(6)；
所述第一级滑槽(4)置于第一级滑槽支撑(3)之上，起吊设备(1)吊装滑块(2)；
所述第二级滑槽(5)、第三级滑槽(6)的矩形截面部位需设置透明顶板、顶板横梁(14)、顶板纵梁(15)；
所述第一级滑槽(4)与第二级滑槽(5)之间设置柔性接头装置，方便第二级滑槽(5)在调节角度时与第一级滑槽(4)之间保持充分连续；
第三级滑槽(6)顶部呈梯形扩大头，以便滑块顺利从第二级滑槽(5)运动到下一级滑槽(6)中；
所述第二级滑槽(5)底板可设置可拆卸扣件(18)、螺栓(19)，以便在扣件(18)上固定阻滑条(24)，从而促进滑块凌空飞跃碰撞解体；
所述倾斜液压升降平台(7)可实现第二级滑槽(5)变角度45°～60°；自动液压升降平台(8)可实现第三级滑槽(6)变角度30°～45°；倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)底座设置沿纵向的轮轨。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述防护墙(9)可选用防护网或砖砌墙体。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述滑块(2)可以是完整单一块体，或者是分割成若干块体呈有序放置的块体组合，或者是某种级配的颗粒放置的堆积体。
4.应用如权利要求1所述装置的方法，其特征在于：起吊设备(1)用于吊装试验用滑块(2)置于第一级滑槽(4)中，通过倾斜液压升降平台(7)、自动液压升降平台(8)完成第二级(5)、第三级滑槽(6)角度变化至试验要求，桩林坝结构模型(10)使用锚固件安装在地锚沟(11)；
滑块(2)启动后，形成碎屑流，并在运动过程中加速，撞击桩林坝结构模型(10)，一些颗粒散落于减阻回收池(12)内；从而完成一次冲击试验；
试验中通过调节滑块的大小、形状、块体组合，调节第二级(5)、第三级滑槽(6)角度及阻滑条(24)间距及填充物，改变桩林坝结构模型(10)桩之间的间距，排列方式，以及增设梁构件，形成桩梁坝不同模型，完成一系列相关试验。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
若要促进滑块凌空飞跃碰撞解体，在第二级滑槽(5)中按等距增设阻滑条(24)，阻滑条(24)通过可拆卸扣件(18)和螺栓(19)与底板(23)连接。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：
若要考虑底部边界层“液化”加速过程，在阻滑条(24)之间布置饱水海绵。
技术总结