CN101930686A - 模拟地质构造中断层模拟实验推板 - Google Patents

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本发明涉及一种模拟地质构造的设计，尤其是一种模拟地质构造中断层模拟实验推板。提供一种对实验材料施加应力加载模拟断层形成、发育过程的实验装置，其包括台体基座(1)、台面(8)，还包括模型填装区、动力加载，设有外围框架(9)，模型填装区由上组合推板(14)、下组合推板(15)、左侧边板(7)、右侧边板(11)等组成，动力加载包括动力单元(2)，包括手动动力加载装置(3)，动力单元(2)包括电动缸(4)和其支撑滚轮(5)，装置设有可拆装式组合推板(13)，其设有导向滑槽(6)。装置设有可移动侧板机构(10)、三角形插接模块(12)。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，动力组合推板可任意积木式拼接，整体结构简单，运动灵活。

Description

模拟地质构造中断层模拟实验推板
一、技术领域：本发明涉及一种模拟地质构造中组合式断层模拟实验装置动力推板的设计，尤其是一种模拟地质构造中断层模拟实验推板。
二、背景技术：断裂构造地质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(砂体)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。断层模拟实验装置动力推板的设计是断层模拟装置的核心，是动力单元实现构造应力加载的关键部件，直接与实验介质接触，关系到地质应力场的构建和断裂形成力学机制的模拟。一般的断裂形成地质模拟设备动力推板，为固定尺寸和倾角的机械结构，只能实现单一的运动方式控制，无法实现组合运动及多期次构造运动的物理模拟，实验结果与实际断层构造有很大差异，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。同时，每进行一次实验需要制作一整套动力推板，需要耗费大量的时间和人力物力，造成了资源的大量浪费，不符合绿色环保的设计新理念。
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动力推板，本发明的目的是提供一种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单一断层和组合断层的形成、发育过程，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的模拟地质构造中断层模拟实验推板。其技术方案是模拟地质构造中断层模拟实验推板包括台体基座、台面，还包括模型填装区、动力加载，台体基座上设有外围框架，模型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、模型底部托板组成，动力加载包括分别作用于左侧边板、右侧边板、上组合推板、下组合推板的动力单元，包括作用于上组合推板、下组合推板的手动动力加载装置，动力单元包括电动缸和其支撑滚轮，上组合推板、下组合推板设有可拆装式组合推板，可拆装式组合推板设有水平方向的导向滑槽，导向滑槽和支撑滚轮相应。所述的可拆装式组合推板由设有燕尾槽和矩形槽的基本模块和三角形插接模块组成。所述的外围框架设有固定座，外围框架和固定座之间通过“T”型螺栓连接。三角形插接模块包括左右两部分，每部分都设有燕尾槽和矩形槽，两部分之间为斜面活动连接的导向接触面。左侧边板、右侧边板和外围框架之间设有可移动侧板机构，可移动侧板机构包括外围框架，外围框架上设有滑槽，左侧边板、右侧边板设有铰接结构，铰接结构连接有支撑结构，支撑结构设有滚轮，滚轮与滑槽相应。三角形插接模块的两部分之间设有锁止机构，锁止机构为左右两部分分别设有紧固螺栓，还设有联接件，联接件和左右两部分之间通过紧固螺栓连接。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，动力组合推板可任意积木式拼接，整体结构简单，运动灵活。可以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。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。可以模拟缓坡和陡坡地带的断层形成和
发育过程。
四、附图说明：附图1是本发明的结构示意图；
附图2是本发明可拆装式组合推板结构示意图；
附图3是本发明动力加载与组合推板结构示意图；
附图4是本发明三角形插接模块结构示意图；
附图5是本发明可移动侧板机构结构示意图；
附图6是本发明锁止机构结构示意图；
五、具体实施方式：模拟地质构造中断层模拟实验推板包括台体基座1、台面8，还包括模型填装区、动力加载，台体基座1上设有外围框架9，模型填装区由上组合推板14、下组合推板15、左侧边板7、右侧边板11、前观测面板、模型底部托板组成，动力加载包括分别作用于左侧边板7、右侧边板11、上组合推板14、下组合推板15的动力单元2，包括作用于上组合推板14、下组合推板15的手动动力加载装置3，动力单元2包括电动缸4和其支撑滚轮5，上组合推板14、下组合推板15设有可拆装式组合推板13，可拆装式组合推板13设有水平方向的导向滑槽6，导向滑槽6和支撑滚轮5相应。所述的可拆装式组合推板13由设有燕尾槽19和矩形槽20的基本模块和三角形插接模块12组成。所述的外围框架9设有固定座16，外围框架9和固定座16之间通过“T”型螺栓17连接。三角形插接模块12包括左右两部分，每部分都设有燕尾槽19和矩形槽20，两部分之间为斜面活动连接的导向接触面24。左侧边板7、右侧边板11和外围框架9之间设有可移动侧板机构10，可移动侧板机构10包括外围框架9，外围框架9上设有滑槽23，左侧边板7、右侧边板11设有铰接结构21，铰接结构21连接有支撑结构22，支撑结构22设有滚轮18，滚轮18与滑槽23相应。三角形插接模块12的两部分之间设有锁止机构，锁止机构为左右两部分分别设有紧固螺栓25，还设有联接件26，联接件26和左右两部分之间通过紧固螺栓25连接。
实验材料通过装载到动态密闭容器中，外围根据具体的实验设计要求在不同的部位连接不同动力加载，组合推板根据需要可联接不同的三角形插接模块，三角形插接模块设计成不同倾角的运动结合面，当动力加载时，组合模板在动力加载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接模块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。
在图1中上组合推板14、下组合推板15、左侧边板7、右侧边板11、前观测面板、模型底部托板共同围成的动态密闭空间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，将沿三角形插接模块12的导向接触面24发生运动，电动缸4的支撑滚轮5在可拆装式组合推板13的导向滑槽6内水平滑动，为让出空间左侧边板7将在电动缸4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。
在图2中可拆装式组合推板13由带燕尾槽19和矩形槽20的基本模块和三角形插接模块12组成，其中三角形插接模块12为动态式联接可以沿导向接触面24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。
在图3中，电动缸4和外围框架9的连接，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17的固定座16，其组成为固定座16、电动缸4、固定销、滚轮18和连接紧固“T”型螺栓17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18可以在可拆装式组合推板13的导向滑槽6内水平平移，位移量的大小根据电动缸4伸出量和三角形插接模块12的倾角来自适应调节。
在图4中三角形插接模块12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19和矩形槽20，分别连接到标准模块锁紧固定。推板运动时，左右两部分将沿导向接触面24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。
在图5中，可移动侧板机构10的滚轮18、铰接结构21、支撑结构22等组成，滚轮18可沿外围框架9的滑槽23内水平移动，支撑结构22通过铰接结构21与右侧边板11连接，右侧边板11可实现台面内的沿铰接结构21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°翻转时克服右侧边板11的重力，起到支撑固定作用，同时满足在有些实验中右侧边板11需要发生一定角度的偏转功能。
在图6中，三角形插接模块12的两部分之间设有锁止机构，锁止机构由三角形插接模块12、可拆装式组合推板13、导向接触面24、紧固螺栓25、连接件26组成，一期运动中组合推板需要实现联动，通过紧固螺栓25和联接件26将组合推板13的三角形插接模块12紧固在一起，运动结束后，为实现二期运动，需要将紧固螺栓25卸掉，并拆除联接件26，以达到解锁目的。

Claims (6)

1.一种模拟地质构造中断层模拟实验推板，包括台体基座(1)、台面(8)，其特征在于：还包括模型填装区、动力加载，台体基座(1)上设有外围框架(9)，模型填装区由上组合推板(14)、下组合推板(15)、左侧边板(7)、右侧边板(11)、前观测面板、模型底部托板组成，动力加载包括分别作用于左侧边板(7)、右侧边板(11)、上组合推板(14)、下组合推板(15)的动力单元(2)，包括作用于上组合推板(14)、下组合推板(15)的手动动力加载装置(3)，动力单元(2)包括电动缸(4)和其支撑滚轮(5)，上组合推板(14)、下组合推板(15)设有可拆装式组合推板(13)，可拆装式组合推板(13)设有水平方向的导向滑槽(6)，导向滑槽(6)和支撑滚轮(5)相应。
2.根据权利要求1所述的模拟地质构造中断层模拟实验推板，其特征在于：所述的可拆装式组合推板(13)由设有燕尾槽(19)和矩形槽(20)的基本模块和三角形插接模块(12)组成。
3.根据权利要求2所述的模拟地质构造中断层模拟实验推板，其特征在于：所述的外围框架(9)设有固定座(16)，外围框架(9)和固定座(16)之间通过“T”型螺栓(17)连接。
4.根据权利要求3所述的模拟地质构造中断层模拟实验推板，其特征在于：三角形插接模块(12)包括左右两部分，每部分都设有燕尾槽(19)和矩形槽(20)，两部分之间为斜面活动连接的导向接触面(24)。
5.根据权利要求4所述的模拟地质构造中断层模拟实验推板，其特征在于：左侧边板(7)、右侧边板(11)和外围框架(9)之间设有可移动侧板机构(10)，可移动侧板机构(10)包括外围框架(9)，外围框架(9)上设有滑槽(23)，左侧边板(7)、右侧边板(11)设有铰接结构(21)，铰接结构(21)连接有支撑结构(22)，支撑结构(22)设有滚轮(18)，滚轮(18)与滑槽(23)相应。
6.根据权利要求5所述的模拟地质构造中断层模拟实验推板，其特征在于：三角形插接模块(12)的两部分之间设有锁止机构，锁止机构为左右两部分分别设有紧固螺栓(25)，还设有联接件(26)，联接件(26)和左右两部分之间通过紧固螺栓(25)连接。
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