成都山地所研究生来站开展泥石流冲击实验

泥石流的破坏方式主要为冲击破坏、侵蚀破坏和淤埋破坏,其中冲击作用是最为剧烈的一种破坏方式。自20世纪70年代以来,国内外不少学者致力于泥石流冲击力方面的研究,但是,由于泥石流流体性质和运动情况的复杂性,目前尚无统一的方法确定泥石流的冲击力。对泥石流冲击力的探索从泥石流的运动特性出发,主要集中在泥石流冲击力的野外测量、室内试验和泥石流冲击力计算模型方面。与野外实测相比,模型实验易控易测,且精度高。因此,目前研究泥石流冲击力的实验方法多是以模型实验为主。实验模型包括土工离心机模型、水槽模型等,目前模型实验多在泥石流水槽中开展。实验时获取冲击力最重要的组件即为传感器系统,目前多采用传统的电阻式传感器,通过传感器发出的电压变化来判断泥石流的冲击特征。电信号的传递会受到恶劣天气的影响,长距离的信号传输需要较长的电缆,由此带来的强电阻效应会影响信号传递的稳定性。光纤布拉格光栅(FBG)克服了传统泥石流监测传感器的缺点,具有抗腐蚀、耐高温、灵敏度高、抗电磁干扰、安装方便等优点,可以在恶劣的环境下长期稳定的工作,目前已经广泛的应用在了结构健康监测等工程领域,并在地质灾害方面得以广泛应用。

基于国内外现有的研究现状,成都山地所研究生夏曼玉及杨超平于713日至825日来站开展了光纤光栅测试泥石流冲击力的实验。水槽实验系统可分为泥石流模拟系统和数据采集系统。其中,泥石流模拟系统可分为物源区、流通区及回收区,可模拟泥石流发生和运移过程。数据采集系统包括超声波距离传感器、高清相机和基于光纤光栅的悬臂梁冲击力测量系统。以悬臂梁厚度作为实验变量,本次实验主要探讨了泥石流冲击下测量系统的稳定性。适用于水槽冲击实验的悬臂梁厚度,需要满足三个条件:实验过程中结构体在弹性范围内变化、光纤波长变化明显、不易受到系统振动的影响。结合预实验得出的冲击力的分布区间,将悬臂梁厚度设置为0.1 mm0.2 mm0.3 mm,在同一密度的泥石流冲击下,随着厚度的增大,光纤波长变化逐渐减小,同时信号的波动也在减小,表明受到系统振动带来的影响更小。


实验系统