CN101916523B - 地质断层模拟形成实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模拟地质构造中断层形成的装置，提供一种可以模拟不同断面产状的断层形成、发育和最终形态的实验装置。其包括动力加载单元、实验模型材料填装区、可调高度式垫块装置、可移动侧板支撑装置，在上组合推板、下组合推板、左侧边板、右侧边板、前观测面板(18)、模型底部托板(22)围成的动态密闭为实验模型材料填装区，在右侧边板设有蜗轮蜗杆旋转装置(16)和手摇轮(17)组成的手动加力装置，在台体固定基座(19)上设有模型周转车(20)，模型周转车(20)上设有液压顶出缸(21)，液压顶出缸(21)作用于模型底部托板(22)。采用上述结构以后，可以实现对单一断层和组合断层的地质模拟，对有一定朔性的实验材料可实现挤压、拉张、弯扭等地质应力的加载模拟。
Description
一、技术领域：本发明涉及一种模拟地质构造中断层形成的装置，尤其是一种地质断层模拟形成实验装置。
二、背景技术断层形成模拟实验是研究断裂带地质构造的一种有效方法，是帮助地质学家研究地层变形过程和断层形成机制的重要手段。目前，地质构造模拟中所用的构造模拟实验装置是根据相似性原理，通过控制运动或力对实验模型进行变形实验，模拟或反演断层等地质成因的设备，设备主体多采用砂箱等实验容器，通过在砂箱内铺设多层不同目数的实验材料来模拟构造形成过程，研究地质构造的成因和演化机理，对地质构造的成因进行定性和定量分析。一般的断层形成模拟设备，只能通过对砂箱内的砂体进行动力加载实现构造样式形式上的断层模拟，所用材料为散状的石英砂，实验结果与实际断层构造有很大差异，无法准确解释断层对油气运移控藏的作用，限制了地质家采用实验手段来分析实际地质现象，造成了理论与实验的脱节。
三、发明内容：为了克服目前断层无法实现对有一定朔性实验材料和拉张应力加载的问题，本发明重点研制了断层形成模拟实验装置，可以模拟单一断层和组合断层的形成、发育过程，对具有一定粘性和朔性的实验材料施加应力加载可以模拟断层的形成过程，缩小实验结果和实际地质构造的差异，同时为地质家分析和研究断层对油气运移控藏的作用提供技术手段和实验平台。是可以模拟不同断面产状的断层形成、发育和最终形态的实验装置。其技术方案是实验材料通过装载到由组合模板和台面、盖板组成的动态密闭容器中，外围根据具体的实验设计要求连接不同动力加载单元，组合模板根据需要可联接不同的三角形插头模块，三角形插头设计成不同倾角的运动结合面，当动力加载时，组合模板在动力单元的推力和运动结合面的约束下，沿结合面运动实现断层在地质构造应力下的动态模拟。组合推板是由不同的标准模块积木式拼接而成，可在任意位置联结三角形插头实现不同断层模拟的要求，从而达到对单一断层和组合断层的形成、发育过程的模拟目的。
地质断层模拟形成实验装置包括动力加载单元、实验模型材料填装区、可调高度式垫块装置、可移动侧板支撑装置、台体固定基座，动力加载单元包括右、左动力单元、手动动力加载装置、电动缸、支撑滚轮、导向滑槽，实验模型材料填装区由上组合推板、下组合推板、左侧边板、右侧边板、前观测面板模型底部托板围成的动态密闭填装区，可调高度式垫块装置由滚轮、手摇轮、丝杠、导向光杠、螺母垫片、导向套、支撑基座、螺栓联接组成，可移动侧板支撑装置由滚轮、铰接结构、侧板支撑结构等组成，外围框架设有导向轮滑槽，滚轮与导向轮滑槽相应，侧板支撑结构通过铰接结构与侧边板联接，上组合推板、下组合推板设有导向滑槽，支撑滚轮与导向滑槽相应。在上组合推板、下组合推板、左侧边板、右侧边板、前观测面板、模型底部托板围成的动态密闭为实验模型材料填装区，在右侧边板设有蜗轮蜗杆旋转装置和手摇轮组成的手动加力装置，在台体固定基座上设有模型周转车，模型周转车上设有液压顶出缸，液压顶出缸作用于模型底部托板。采用上述结构以后，可以实现对单一断层和组合断层的地质模拟，对有一定朔性的实验材料可实现挤压、拉张、弯扭等地质应力的加载模拟，组合模板可任意积木式拼接，整体结构简单，运动灵活。
四、附图说明：附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明组合模板的结构示意图；
附图3是本发明动力单元的结构示意图；
附图4是本发明三角形插头的结构示意图；
附图5是本发明可调高度式垫块装置的结构示意图；
附图6是本发明可移动侧板支撑装置的结构示意图；
附图7是本发明一种实施例的结构示意图。
五、具体实施方式：图中1.台体基座，2.右(左)动力单元，3.手动动力加载装置，4.电动缸，5.支撑滚轮，6.导向滑槽，7.左侧边板，8.台面，9.外围框架，10.可移动侧板支撑装置，11.右侧边板，12.三角插头，13.可拆装式组合推板，14.上组合推板，15.下组合推板，16.蜗轮蜗杆旋转装置，17.手摇轮，18.前观测面板，19.台体固定基座，20.模型周转车，21.液压顶出缸，22.模型底部拖板，23.联接基座，24.“T”型螺栓，25.滚轮，26.燕尾槽，27.矩形槽28.手摇轮，29.丝杠，30.导向光杠，31.螺母垫片，32.导向套，33.支撑基座，34.螺栓联接35.铰接结构，36侧板支撑结构，37.导向轮滑槽，38.板状导向接触面。
如图所示：上组合推板14、下组合推板15、左侧边板7、右侧边板11、前观测面板18、模型底部托板22围成的动态密闭为实验模型材料填装区，试验前根据设计要求连接上组合推板14和下组合推板15来确定实验模型的区域大小，将实验材料逐层添加到试验区域中，盖上前观测面板18以便模拟断层形成过程中观测实验现象和结果的纪录，当上组合推板14在电动缸4的动力加载下，将沿三角形插头12的板状导向接触面37发生运动，电动缸4的推杆前端滚轮25在可拆装式组合推板13的导向槽内水平滑动，为让出空间左侧边板7将在电动缸的拉力下水平退让，防止因模型变形出现卡死现象，从而实现模拟断层在上覆岩压作用下发生地质构造的动态过程。
可插装式组合模板由带燕尾槽26和矩形槽27的基本模块和三角形插头12组成，其中三角形插头为动态式联接可以沿接触斜面滑动，起到导向和限制推板运动方向的作用，此种设计方案利用基本的组合单元可最大化的模拟不同大小的地质模型，从而解决了每一种断层设计一种推板的问题，避免了材料的浪费，推板的合理设计不仅可以灵活实现地质应力场的模拟，而且还可以避免大量的重复浪费，节省人力和物力。
电动缸4和外围框架9如何连接，既要避免动力运行过程中的干涉，同时还要考虑横向的滑移，我们设计了带“T”型螺栓24的可滑移式固定基座23，其组成为基座台体23、电动缸4、固定销、滚轮25和连接紧固“T”型螺栓24组成，此结构避免了在不同的位置使用大量的螺钉联结减小了工作量，方便实验的动力安装和手动调整横向锁紧位置，同时在运动过程中，滚轮25可以在组合推板13滚动滑槽内水平平移，位移量的大小根据电动缸4伸出量和三角插头12的倾角来自适应调节。
三角形插头结构由两部分动态联接而成组合使用，两块结构为公母组合式设计，每部分都有燕尾槽26和矩形槽27，分别联接到标准模块锁紧固定。推板运动时，左右两部分将沿板状导向接触面37发生运动，其中断面的角度设计保证了断层倾角为30°～90°，从而可以模拟缓坡和陡坡地带的断层形成和发育过程。
可调高度式垫块装置由滚轮25、手摇轮28、丝杠29、导向光杠30、螺母垫片31、导向套32、支撑基座33、螺栓联接34等部件组成，此装置的作用既可以作为手动加载单元配合电动缸使用，满足动力数目的要求，又可以作为固定模块的联接基座方便模板在台面上不同位置的固定。当人工手动转动手摇轮28时，丝杠29可将扭矩转换成推力推动支撑基座33沿导向光杠30在导向套32内向前端伸出，从而实现高度的调节，同时可调高度式垫块装置可以沿外围框架9的滑槽滑动通过“T”型螺栓24固定在外围框架9上，以满足不同位置的固定要求。
可移动侧板支撑装置滚轮25、铰接结构35、侧板支撑结构36等组成，滚轮25可沿外围框架9的导向轮滑槽37内水平移动，侧板支撑结构36通过铰接结构35与侧边板11联接，侧边板11可实现台面内的沿铰接结构35的销轴转动，可移动侧板支撑装置的作用是满足在装置整体沿旋转轴90度翻转时克服侧边板11的重力，起到支撑固定作用，同时满足在有些实验中侧边板11需要发生一定角度的偏转功能。
如图7所示：在上组合推板、下组合推板、左侧边板、右侧边板、前观测面板18、模型底部托板22围成的动态密闭为实验模型材料填装区，在右侧边板设有蜗轮蜗杆旋转装置16和手摇轮17组成的手动加力装置，在台体固定基座19上设有模型周转车20，模型周转车20上设有液压顶出缸21，液压顶出缸21作用于模型底部托板22。
Claims (1)
1.一种地质断层模拟形成实验装置，包括动力加载单元、实验模型材料填装区、可调高度式垫块装置、可移动侧板支撑装置，台体固定基座(19)，其特征在于：动力加载单元包括右、左动力单元(2)、手动动力加载装置(3)、电动缸(4)、支撑滚轮(5)、导向滑槽(6)，实验模型材料填装区为由上组合推板(14)、下组合推板(15)、左侧边板(7)、右侧边板(11)、前观测面板(18)以及模型底部托板(22)围成的动态密闭填装区，可调高度式垫块装置由滚轮、手摇轮(28)、丝杠(29)、导向光杠(30)、螺母垫片(31)、导向套(32)、支撑基座(33)、螺栓联接(34)组成，可移动侧板支撑装置由滚轮、铰接结构(35)、侧板支撑结构(36)组成，外围框架(9)设有导向轮滑槽(37)，滚轮(25)与导向轮滑槽(37)相应，侧板支撑结构(36)通过铰接结构(35)与侧边板(11)联接，上组合推板(14)、下组合推板(15)设有导向滑槽(6)，支撑滚轮(5)与导向滑槽(6)相应。
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