CN105204088B - 构造应力场模拟试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种构造应力场模拟试验装置及方法，其包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块、侧向的加载系统及控制台，模拟试验台包括长方体框架和挡板，挡板安装在长方体框架的外围，所述框架内铺设有模型，该模型由若干层相似材料依次铺设而成，在底层相似材料和其上层相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，光滑板组件包括至少两块光滑板和使光滑板相对移动的卡槽部，水囊铺设在所述光滑板的下方，在位于光滑板上方的相似材料层内预设有用于模拟断裂层的至少一个隔板，隔板与水囊在水平方向上呈一定的夹角。本发明可以定量研究构造运动形成过程中应力场演化过程，为采矿等地下活动带来有益的理论及数据依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩层地质构造形成演化的试验装置及方法，是通过模拟实验来仿真地质构造演化过程中应力场变化的实验仪器，尤其用于模拟研究断层和褶曲形成过程中应力场的演化特征。
背景技术
随着人类采矿等地下工程的日益发展，断层、褶曲等地质构造对地下生产活动的进一步发展带来巨大阻碍并造成严重安全事故。因此，充分了解地下构造衍生规律及应力场分布成为地下工程安全科学生产的当务之急。然而，现阶段对地质构造的研究手段仍然停留在传统技术层面，如钻孔观测、地质勘探等，不仅操作复杂，误差较大，耗时过长，而且花费巨大人力物力。尽管如此，却仍无法获取不同地质构造形成过程中构造应力场演化规律，无法满足现阶段生产科研需求。因此，研究可以分析地质构造及构造应力场的新装置及新方法成为地质行业和科研工作者学术课题的重中之重。
现有科学理论已充分表明构造运动来源于地壳运动。关于地壳运动的动力来源问题，有地壳收缩台槽说、海底扩张说、地壳板块运动说，以及我国李四光等学者的地质力学及岩浆活动隆起和侵入说等各种学派和学说。这些学说就推动力的方向而言，都承认垂直地表(垂直方向上的推力)和平行地表(平行方向推力)两个方向驱动力。垂直方向的推动力形成的构造多是简单的隆起和单一的背斜构造，该部分岩层中常有很高的垂直压应力以及水平应力，储存有较大弹性势能，断层的出现能有效解除垂直构造应力。水平方向推动为主的构造多是背斜、向斜交错的波浪形，其中构造各部分受力状态差异较大，水平应力主要集中在向斜构造、背斜构造内边缘波谷和波峰部位。同时，在褶曲位置将存在较多弹性能和残余应力。因此，模拟地质构造的重点在于如何有效加载垂直以及水平推动力。对于现在已有的地质构造模拟试验台，多数只能模拟垂直构造应力，局限于模拟断层，且多为固定尺寸和倾角的模拟，只能实现单一运动的控制方式，无法实现多个区域同时运动。对于水平构造运动的模拟，方法理论不成熟，实验装置不完善，灵活性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种构造应力场模拟试验装置及方法，该试验装置运用了柔性囊体(水囊)结构及构造光滑板组件，可以模拟任意情况下的垂直构造应力为动力源的地质构造(断层、褶曲等)演化过程，同时本发明的侧向加载系统及受压材料的有效处理，可以模拟水平构造应力为动力源的地质构造演化过程及不同应力水平下对地质构造形成过程的影响。
其技术解决方案包括：
一种断层构造应力场模拟试验装置，其包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块、侧向的加载系统及控制台，所述模拟试验台包括长方体框架和挡板，所述挡板安装在所述长方体框架的外围，所述框架内铺设有模型，所述加载模块用于对模型施加垂直应力，所述加载系统用于对所述模型施加水平应力，所述模型是由若干层相似材料依次铺设而成的，在底层相似材料和其上层相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，所述光滑板组件包括至少两块光滑板和使所述光滑板相对移动的卡槽部，所述水囊铺设在所述光滑板的下方，在位于光滑板上方的相似材料层内预设有用于模拟断裂层的至少一个隔板，所述隔板与水囊在水平方向上呈一定的夹角。
上述技术方案所带来的直接有益技术效果是：
采用本发明装置可以实现对断层(单一、组合)的动态模拟，既可以定量控制垂直地质构造演化变形速率，又可以定量控制水平地质构造演化变形速率，同时可以实时监测地质构造形成过程中应力场的变化特征，水囊具有良好的柔韧性，通过施加压力和控制光滑板可以模拟任意倾角的地质构造形成过程，解决了对固体施加力不均甚至难施加力的困扰。
作为本发明的一个优选方案，上述每层相似材料的轴部均铺设有光纤传感器。
上述技术方案所带来的直接有益技术效果是：
在每层相似材料的轴部铺设光纤传感器，可以灵敏的记录地质构造演化过程中应力场的变化，这一精确改进，对于分析地质构造演化过程中应力场分布变化特征、分析诱发地质灾害的力源基础具有现实意义。
一种断层构造应力场模拟试验装置的模拟方法，所述断层包括正断层或逆断层，所述方法包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设两块独立的光滑板，两块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，两块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设相似材料层，其中预模拟的正断层/逆断层预先设置在光滑板上方的相似材料层中，并且隔板设置在正断层/逆断层断裂处；
第五步、模型铺设完成后，撤掉隔板及其中的某一块光滑板，通过向水囊内加注压力，水囊隆起，促使模拟岩层运动；通过控制台控制侧向加载系统向试样和水囊施加侧向压力，通过光纤传感器实时监测记录应力场变化。
上述技术方案所带来的直接有益技术效果是：
上述方法在第三步中，在底层相似材料上方铺设水囊而非最底部铺设，这样铺设既可以保护水囊底部免受钢结构损伤(腐蚀)的伤害，又可以观察在上覆地质构造演化过程中，底板岩梁的弯曲特征；在水囊中注入初始压力，可以防止上覆岩梁因光滑板的抽移而下沉，光滑板从两侧抽出的好处在于可以模拟任意位置和任意宽度受侵蚀(火成岩)而引起地质构造的变化，通过设置卡槽部，可以防止未抽出光滑板部位的水囊对上覆岩梁施加垂直应力；第四步中用一块隔板来预制断层，可以不受位置、倾角、断层错距的限制，方便实用；第五步利用水囊加压模拟垂直应力导致的岩层构造移动，可以通过实时观测压力表来精确的施加压力，可以人为地调控压力大小，比其他固体加载方式灵敏且方便，通过侧向加载系统施加侧向压力，改进材料铺设方式(材料分块)，可以模拟水平应力引起的地质构造变化，施加水平应力是以往地质构造演化过程模拟试验台难以实现的，铺设光纤传感器，可以灵敏的记录地质构造演化过程中应力场的变化，这一精确改进，对于分析地质构造演化过程中应力场分布变化特征、分析诱发地质灾害的力源基础具有现实意义。
上述构造应力场模拟试验装置的模拟方法，所述断层为组合断层，所述方法包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，三块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设相似材料层，其中预模拟的组合断层位于光滑板上方的相似材料层中，在该相似材料层中设置两块不同倾角的隔板来模拟组合断层的断裂处；
第五步、模型铺设完成后，撤掉两块隔板及位于中间的一块光滑板，通过向水囊内加注压力，水囊隆起，促使模拟岩层运动；通过控制台控制侧向加载系统向试样和水囊施加侧向压力，通过光纤传感器实时监测记录应力场变化。
一种褶曲构造应力场模拟试验装置，其包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块、侧向的加载系统及控制台，所述模拟试验台包括长方体框架和挡板，所述挡板安装在所述长方体框架的外围，所述框架内铺设有模型，所述加载模块用于对模型施加垂直应力，所述加载系统用于对所述模型施加水平应力，所述模型是由若干层相似材料铺设而成的褶曲形，在底层相似材料和其上层的褶曲形相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，所述光滑板组件包括至少三块光滑板和使所述光滑板相对移动的卡槽部，所述水囊铺设在所述光滑板的下方，所述光滑板的上方为褶曲相似材料层。
上述技术方案直接带来的有益技术效果是：
上述试验装置可以实现对褶曲形成过程的动态模拟，既可以定量控制垂直地质构造演化变形速率，又可以定量控制水平地质构造演化变形速率，同时可以实时监测褶曲构造形成过程中应力场的变化特征。水囊具有良好的韧性，通过施加压力和控制光滑板可以模拟任意倾角的地质构造形成过程，解决了对固体施加力不均甚至难施加力的困扰。技术方法简单，使用方便，模拟效果较好。
上述褶曲构造应力场模拟试验装置的模拟方法，依次包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，三块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设褶曲相似材料层；
第五步、保持中间的光滑板固定抽出两侧的光滑板，向水囊内注液加压模拟垂直构造应力形成过程，通过加载系统模拟水平构造形成过程，通过顶部加载模块加载模拟不同地形起伏对研究区域构造应力场的影响。
上述技术方案直接带来的有益技术效果是：
上述方法第三步中铺设三块光滑板，其中中间一块固定不动，通过外抽两侧光滑板来预制水囊隆起位置及宽度，模拟褶曲构造不受位置和大小的限制；光滑板从两侧抽出的好处在于可以模拟任意位置和任意宽度受侵蚀(火成岩)而引起地质构造的变化，设置卡槽部，可以防止未抽出光滑板部位的水囊对上覆岩梁施加垂直应力；第五步利用水囊加压模拟垂直应力导致的岩层构造移动，可以通过观测压力表来精确的施加压力，可以人为地调控压力大小，比其他固体加载方式灵敏且方便，通过侧向加载系统施加侧向压力，改进材料铺设方式(材料分块)，可以模拟水平应力引起的地质构造变化，施加水平应力是以往模拟试验台难以实现的。
本发明构造应力场模拟试验装置及方法可以定量研究构造运动形成过程中应力场演化过程，为采矿等地下活动带来有益的理论及数据依据。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步说明：
图1为本发明构造应力场模拟试验装置结构示意图；
图2为正断层构造应力场模拟试验装置结构示意图；
图3为逆断层构造应力场模拟试验装置结构示意图；
图4为组合断层构造应力场模拟试验装置结构示意图；
图5为褶曲构造应力场模拟试验装置结构示意图；
图6为水囊和光滑板组件细部图；
图中，1、加载模块，2、螺栓孔，3、控制台，4、挡板，5、隔板，6、长方体框架，7、侧向加载系统，8、线路，9、水囊，10、光滑板组件，11、光滑板，12、卡槽部。
具体实施方式
本发明公开了一种构造应力场模拟试验装置及方法，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做进一步清楚、完整的说明。
本发明构造应力场模拟试验装置的大体结构如图1所示，该装置中包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块1、侧向加载系统7及控制台3，该模拟试验台包括长方体框架和挡板4，挡板4和长方体框架6之间通过螺栓与螺栓孔2配合连接，目的是为了拆卸方便，挡板的内面用光滑不锈钢制作而成，侧向加载系统7通过线路8与控制台3连接，顶部加载模块1和侧向加载系统7的运作方式与现有技术相同，都是为了给试样实现垂直、水平的应力加载，加载系统施加力时，可以人为调控力的大小和施加速度，灵活仿真构造运动形成演化特征；同时侧向加载系统7一侧分别有三个加载点，可以施加非均布加载。
下面对本发明的关键改进点之处做详细说明：
框架内铺设有模型，模型是由若干层相似材料依次铺设而成的，在底层相似材料和其上层相似材料之间设置有水囊9和光滑板组件10，如图6所示，光滑板组件10包括至少两块光滑板11和使该光滑板相对移动的卡槽部12，而构成模型的相似材料层也根据模拟不同的断层或褶曲来设计其断裂面处隔板的倾角。
实施例1：
本实施例模拟正断层，正断层构造应力场模拟试验装置，在上述装置的基础上，位于水囊上方的光滑板选定为两块，两块光滑板是独立的，在两块光滑板拼接在一起时可完全覆盖住水囊的顶面，在相似材料的铺设过程中，如图2所示，首先铺设最底层相似材料E，待E铺设好后，在E上方铺设水囊，在水囊上方铺设上述两块光滑板，在光滑板上方依次铺设D、C、B、A相似材料层，光滑板上方的相似材料需预制好断层，即在D、C、B、A相似材料层设置有一定倾角的隔板5用作模拟断裂。
具体的试验方法是：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层所需强度，并进行科学配比；
第二步、按照设计相似配比铺设好第一层(E层)；
第三步、将水囊9注入初始水压，并在水囊9上表面铺设两块独立的光滑板，两块光滑板的长度以及拼接处的位置是以断层面下端点为界来划分的，将光滑板放置在各自的卡槽部中，铺设光滑板的目的是为了防止上部模拟材料使水囊变形；
水囊初始压力大小为∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、水囊上部岩层D、C、B、A同样按照设计好的配比铺设，其中断层要预先设置好，断层两面用隔板隔开；
第五步、模型铺设好后，撤掉隔板及断层下端点右侧部分的光滑板，开始模拟断层构造形成演化过程；
第六步、(1)模拟垂直构造运动，向水囊内再加注压力，水囊将隆起，促使上覆岩层(模拟岩层)运动；
(2)模拟水平构造运动时，通过侧向加载系统对模拟材料和水囊施加侧向压力，此时，模拟材料分块用可变形材料包裹起来以防止施加侧向压力产生破坏，加载方式：岩层采用同步加载，水囊采用单独加载方式；
通过在每一层材料轴部铺设光纤传感器，实时监测记录应力场变化。
实施例2：
本实施例模拟逆断层，模拟逆断层的装置如图3所示，与实施例1相同，首先铺设最底层相似材料E，待E铺设好后，在E上方铺设水囊，在水囊上方铺设上述两块光滑板，在光滑板上方依次铺设D、C、B、A相似材料层，在具体试验方法中二者略有不同，与实施例1不同之处在于：在具体试验方法中，第五步中，本实施例是撤掉隔板及断层下端点左侧部分的光滑板来模拟逆断层构造形成演化过程。
实施例3：
本实施例模拟组合断层，如图4所示，组合断层构造应力场模拟试验装置，在加载模块1、侧向加载系统7及控制台3都安装到位后，在长方体框架6内首先铺设最底层E，待E铺设好后，在E上方铺设水囊，在水囊上方铺设三块光滑板，三块光滑板的长度及其拼接处的位置是根据组合断层的断层面下端点为界来划分的，在光滑板上方的相似材料层D、C、B、A中预制有隔板用以模拟断层，该隔板设置有两个，二者的倾角是通过计算得到的。
本实施例模拟组合断层的具体模拟方法，包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层所需强度，并进行科学配比；
第二步、按照设计相似配比铺设好第一层(E层)；
第三步、将水囊9注入初始水压，并在水囊9上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板的长度以及拼接处的位置是以断层面下端点为界来划分的，将光滑板放置在各自的卡槽部中，铺设光滑板的目的是为了防止上部模拟材料使水囊变形；
水囊初始压力大小为∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、水囊上部岩层D、C、B、A同样按照设计好的配比铺设，其中断层要预先设置好，断层为组合断层，选用两个隔板隔开；
第五步、模型铺设好后，以其中任意一个断层下端点为界，抽出部分光滑板，并撤掉隔板，抽出长度为中间断层盘的宽度，开始模拟断层构造形成演化过程；
第六步、(1)模拟垂直构造运动，向水囊内再加注压力，水囊将隆起，促使上覆岩层(模拟岩层)运动；
(2)模拟水平构造运动时，通过侧向加载系统对模拟材料和水囊施加侧向压力，此时，模拟材料分块用可变形材料包裹起来以防止施加侧向压力产生破坏，加载方式：岩层采用同步加载，水囊采用单独加载方式；
通过在每一层材料轴部铺设光纤传感器，实时监测记录应力场变化。
实施例4：
本实施例为模拟褶曲构造应力场的试验装置，如图5所示，位于长方体框架内的模型是由若干层相似材料铺设而成的褶曲形，在底层相似材料和其上层的褶曲形相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，光滑板组件包括至少三块光滑板和使光滑板相对移动的卡槽部，水囊铺设在所述光滑板的下方，光滑板的上方为褶曲相似材料层。
本实施例根据实验需求选用了三块光滑板，分别是位于两端的和位于中间的光滑板，并且这三块光滑板均位于褶曲的水平面上。
本实施例褶曲构造应力场实验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层所需强度，并进行科学配比；
第二步、按照设计相似配比铺设好第一层(E层)；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，三块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设褶曲相似材料层，依次为D、C、B、A层；
第五步、模拟，保持中间的光滑板固定，左右抽出部分光滑板，向水囊内注液加压模拟垂直构造应力形成过程，通过加载系统模拟水平构造形成过程，通过顶部加载模块加载模拟不同地形起伏对研究区域构造应力场的影响。
上述实施例1-实施例4的模拟过程中，模拟水平构造应力形成过程时，需将模拟材料分块包裹在可变形材料内防止破坏。
上述实施例中的光滑板以及卡槽部还可根据实际情况做出调整，光滑板还可用具有抗压功能的其它板状物来代替，卡槽部也可做出其它替换如滑轨等。
需要说明的是，上述褶曲的构造应力场模拟试验装置中，并不限于上述实施例所例举的三块光滑板，本领域技术人员在本发明的启示下，做出的简单改进均应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种断层构造应力场模拟试验装置的模拟方法，所述模拟试验装置包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块、侧向的加载系统及控制台，所述模拟试验台包括长方体框架和挡板，所述挡板安装在所述长方体框架的外围，长方体框架内铺设有模型，所述加载模块用于对模型施加垂直应力，所述加载系统用于对所述模型施加水平应力，所述模型是由若干层相似材料依次铺设而成的，在底层相似材料和其上层相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，所述光滑板组件包括至少两块光滑板和使所述光滑板相对移动的卡槽部，所述水囊铺设在所述光滑板的下方，在位于光滑板上方的相似材料层内预设有用于模拟断裂层的至少一个隔板，所述隔板与水囊在水平方向上呈一定的夹角，每层相似材料的轴部均铺设有光纤传感器，其特征在于：所述断层包括正断层或逆断层，所述方法包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设两块独立的光滑板，两块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，两块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
<mrow>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&Sigma;F</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>A</mi>
</mfrac>
</mrow>
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设相似材料层，其中预模拟的正断层/逆断层预先设置在光滑板上方的相似材料层中，并且隔板设置在正断层/逆断层断裂处；
第五步、模型铺设完成后，撤掉隔板及其中的某一块光滑板，通过向水囊内注液加压，水囊隆起，促使模拟岩层运动，模拟垂直应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过控制台控制侧向加载系统向试样和水囊施加侧向压力，模拟水平应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过顶部加载模块加载模拟不同地形起伏对研究区域构造应力场的影响；通过光纤传感器实时监测记录应力场变化。
2.根据权利要求1所述的断层构造应力场模拟试验装置的模拟方法，其特征在于：所述断层为组合断层，所述方法包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，三块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
<mrow>
<mi>&sigma;</mi>
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<mfrac>
<mrow>
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<mi>&Sigma;F</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>A</mi>
</mfrac>
</mrow>
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设相似材料层，其中预模拟的组合断层位于光滑板上方的相似材料层中，在该相似材料层中设置两块不同倾角的隔板来模拟组合断层的断裂处；
第五步、模型铺设完成后，撤掉两块隔板及位于中间的一块光滑板，通过向水囊内注液加压，水囊隆起，促使模拟岩层运动，模拟垂直应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过控制台控制侧向加载系统向试样和水囊施加侧向压力，模拟水平应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过顶部加载模块加载模拟不同地形起伏对研究区域构造应力场的影响；通过光纤传感器实时监测记录应力场变化。
3.一种褶曲构造应力场模拟试验装置的模拟方法，所述模拟试验装置包括模拟试验台、位于试验台顶部的加载模块、侧向的加载系统及控制台，所述模拟试验台包括长方体框架和挡板，所述挡板安装在所述长方体框架的外围，所述框架内铺设有模型，所述加载模块用于对模型施加垂直应力，所述加载系统用于对所述模型施加水平应力，所述模型是由若干层相似材料铺设而成的褶曲形，在底层相似材料和其上层的褶曲形相似材料之间设置有水囊和光滑板组件，所述光滑板组件包括至少三块光滑板和使所述光滑板相对移动的卡槽部，所述水囊铺设在所述光滑板的下方，所述光滑板的上方为褶曲相似材料层，其特征在于：所述模拟方法依次包括以下步骤：
第一步、按照实际各岩层强度及设计强度相似比例计算出各层相似材料所需强度，并按照合理配比获得所需强度的相似材料；
第二步、按照设计相似配比，在所述长方体框架内铺设最底层相似材料；
第三步、在底层相似材料上方铺设水囊，向该水囊内注入初始水压，然后在水囊上表面铺设三块独立的光滑板，三块光滑板对接在一起时可完全覆盖住水囊的上表面，三块光滑板分别通过各自的卡槽部进行固定，并且其在卡槽部内可相对水平移动，所述水囊的初始水压按照下式计算：
<mrow>
<mi>&sigma;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>&Sigma;F</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mrow>
<mi>A</mi>
</mfrac>
</mrow>
式中，∑Fi为撤出光滑板部位上覆岩层的总重力，A为撤出光滑板的面积；
第四步、在光滑板的上方按照设计好的配比铺设褶曲相似材料层；
第五步、保持中间的光滑板固定抽出两侧的光滑板，向水囊内注液加压模拟垂直应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过控制台控制侧向加载系统向试样和水囊施加侧向压力，模拟水平应力为动力源的构造及构造应力形成过程；通过顶部加载模块加载模拟不同地形起伏对研究区域构造应力场的影响；通过光纤传感器实时监测记录应力场变化。
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