CN109682572A - 一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，该装置包括水槽，所述水槽的一侧设置有造坡机构，所述水槽的另一侧设置有造波机构；所述造坡机构包括升降架和安装在升降架上的造坡板；所述造坡板的上表面由下至上依次铺设有第一细粒玻璃微珠层、粗粒玻璃微珠层、第二细粒玻璃微珠层；所述造波机构包括设置在水槽内的造波板和设置在水槽外的电机，所述电机的旋转轴贯穿水槽侧壁与造波板固定连接。本发明的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置可以模拟不同坡脚的陆坡环境，在不同波长和周期的波浪作用下，观察疏松沉积物的流化变形。
Description
技术领域
本发明涉及波浪模拟的技术领域，具体涉及一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置。
背景技术
疏松沉积物变形作用形成一类新的岩性油气藏类型-砂岩侵入复合体，砂岩侵入复合体已成为目前国际沉积学研究的一个热点，其触发机理复杂，目前研究较为薄弱。波浪是其中一种重要的外界触发机制，尤其是对于深海陆坡环境。波浪是海洋环境中主要的水动力因素之一，波浪在由外海向近岸或岸边的传播过程中，会发生波浪浅化、折射、反射、绕射、海底摩擦能量的耗散以及破碎等一系列复杂的现象，所以目前研究较多的集中在海岸防护工程方面。随着科学技术的发展，对波浪的描述由规则波(单一波)、单向不规则波(二维随机波)向多向不规则波(三维随机波)发展。为了更真实地描述海浪运动及其与建筑物的相互作用，通常采用的方法包括数值方法和物理方法模拟。
对于波浪的物理模拟，1970年，英国水利试验站首先把10台不规则造波机并列在18×18×1.5m(水深)的水池内一段圆心角为100°的圆弧上，各台造波机按要求的波能方向分布造波，在圆心区内产生多向不规则波，用于试验研究北海的储油装置。该方法的有效模型区较小(约3×3m)，局限性较大，难以得到推广。
1950年法国Sogreah试验所研制出分段式造波机，把多段造波机并列成一直线，利用各造波板之间的运动相位差制造斜向规则波。造波时各造波板单元在平面上成蛇形运动，故又叫做蛇形造波机。1977年，英国爱丁堡大学把它发展用于制造三维随机波，造波机由89块宽0.3m的造波单元组成，水池尺度为30×20×0.8m(水深)。其后还提出一些其它的造波方法，例如Naeser(1979)建议采用波浪绕射原理造多向波，但因其较复杂而很少实际应用，目前各国都采用蛇形造波机制造三维随机波。
1989年，国内大连理工大学的“海岸与近海工程国家重点实验室”建立了浪、潮、流综合水池，池长55m、宽34m、深2.3m、最大水深0.7m，池中部有一15×15×1m的深坑，最大水深可达l.7m。从美国AOC公司引进的可移式多向不规则造波机由每段宽0.8m的30段造波板组成，可安放在池内的任何位置，可用于研究海洋动力因素与海岸、海床和结构物的相互作用等。但是，由于其单块板的宽度较大，影响造波机产生多向不规则波的质量和有效的试验范围。为了进一步提高实验室多向不规则波浪模拟的水平，更好地为工程实践服务。2003年，大连理工大学的“海岸与近海工程国家重点实验室”自行研制的蛇形多向不规则波造波机系统，造波机宽28m，由70块高0.9m、宽0.4m的造波板组成，安装在其多功能综合水池中，水池长55m、宽34m，造波机安装在其中的一侧，其他三侧为消能器。
2017年，中国海洋大学环境科学与工程学院在水槽中用不同波高和周期的波浪分别对不同级配的沙滩进行作用，探究滩面在波浪外动力作用下的变化规律。他们的实验水槽总长14m、宽0.5m、高0.7m，水槽两端有消浪设施，一端配有推板式造波系统。试验水槽中沿波浪传播方向设置了3个波高仪，记录波高变化。在模拟沙滩的试验段，用高60cm的薄钢板将水槽均匀的分割成两面。但是，这个装置的目的只是探究滩面的变化，无法模拟有一定坡角的陆坡环境，以及观察沉积物内部的变化，而且实验费用昂贵。综上所述，现有公开技术中并未有关于探索波浪对陆坡疏松沉积物变形的触发作用的模拟。
发明内容
本发明的目的在于克服上述背景技术的不足，提供一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，该装置可以模拟不同坡脚的陆坡环境，在不同波长和周期的波浪作用下，观察疏松沉积物的流化变形。
为实现上述目的，本发明所设计的一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，包括水槽，所述水槽的一侧设置有造坡机构，所述水槽的另一侧设置有造波机构；
所述造坡机构包括升降架和安装在升降架上的造坡板；所述造坡板的上表面由下至上依次铺设有第一细粒玻璃微珠层、粗粒玻璃微珠层、第二细粒玻璃微珠层；
所述造波机构包括设置在水槽内的造波板和设置在水槽外的电机，所述电机的旋转轴贯穿水槽侧壁与造波板固定连接。
上述技术方案中，所述升降架包括设置在水槽的一侧两个角上的竖向冲孔角钢和横向冲孔角钢，位于同一个角的竖向冲孔角钢和横向冲孔角钢之间安装有可上下调节高度的斜向冲孔角钢；所述造坡板安装在两个角上的斜向冲孔角钢之间。
上述技术方案中，所述竖向冲孔角钢与横向冲孔角钢的连接处通过第一螺栓固定连接。
上述技术方案中，所述斜向冲孔角钢的一端通过第二螺栓与竖向冲孔角钢固定连接，所述斜向冲孔角钢的另一端通过第三螺栓与横向冲孔角钢固定连接。
上述技术方案中，所述造坡板与第一细粒玻璃微珠层之间还铺设有防水防滑垫。
上述技术方案中，所述造坡板上设置有波高仪，所述波高仪的底部垂直向下延伸与造坡板固定连接。
上述技术方案中，所述水槽的侧面还设置有排水管。
上述技术方案中，所述排水管上安装有截止阀。
上述技术方案中，所述电机的下方设置有安装台；所述电机的旋转轴与造波板中心固定连接。
上述技术方案中，所述粗粒玻璃微珠层内含有彩色玻璃微珠。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
其一，本发明通过在水槽中设计有造坡机构和造波机构，通过造坡机构来设置所需的地形坡度(3°-45°范围)，可模拟不同的坡角的陆坡环境，并通过电机带动造波板产生波浪，根据造波板的高度、水深以及电机的动力大小来控制波浪的参数，并借助波高仪获取波浪的波高和周期。
其二，本发明的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置在造坡板上由下至上依次铺设有模拟泥岩的第一细粒玻璃微珠层、饱含水的粗粒玻璃微珠层以及第二细粒玻璃微珠层，可以在不同波长和周期的波浪作用下，模拟和再现波浪对陆坡处砂岩侵入复合体的形成作用过程，观察疏松的沉积物流化变形，发生砂岩侵入等现象，更好地探究和完善流化理论。
其三，本发明的粗粒玻璃微珠层内含有彩色玻璃微珠，在实验过程中，可全程观察彩色粗粒玻璃微珠层段的变化过程，分析波浪特征，并研究波浪对其影响；实验结束后，经过放水、晾干、切片后，能够观察内部沉积构造。
其四，本发明的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置具有结构简单合理、操作方便、便于观察、经济实用、实用性强的特点。
附图说明
图1为本发明波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置的立体结构示意图；
图2为图1所示波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置的主视结构示意图；
图中：1-水槽、2-造坡机构、3-造波机构、4-升降架、4.1-竖向冲孔角钢、4.2-横向冲孔角钢、4.3-斜向冲孔角钢、5-造坡板、6-第一细粒玻璃微珠层、7-粗粒玻璃微珠层、8-第二细粒玻璃微珠层、9-造波板、10-电机、11.1-第一螺栓、11.2-第二螺栓、11.3-第三螺栓、12-防水防滑垫、13-波高仪、14-排水管、15-截止阀、16-安装台。
具体实施方式
下面结合实施案例详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
如图1和图2所示的一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，包括水槽1，水槽1的尺寸为长2m×宽1m×高1m。所述水槽1的一侧设置有造坡机构2，所述水槽1的另一侧设置有造波机构3；所述水槽1的侧面还设置有排水管14，所述排水管14上安装有截止阀15。所述造坡机构2包括升降架4和安装在升降架4上的造坡板5；所述升降架4包括设置在水槽1的一侧两个角上的竖向冲孔角钢4.1和横向冲孔角钢4.2，位于同一个角的竖向冲孔角钢4.1和横向冲孔角钢4.2之间安装有可上下调节高度的斜向冲孔角钢4.3，所述造坡板5安装在两个角上的斜向冲孔角钢4.3之间，斜向冲孔角钢4.3与横向冲孔角钢4.2之间的夹角为3°-45°，可模拟不同的坡角的陆坡环境。
上述技术方案中，所述竖向冲孔角钢4.1与横向冲孔角钢4.2的连接处通过第一螺栓11.1固定连接。所述斜向冲孔角钢4.3的一端通过第二螺栓11.2与竖向冲孔角钢4.1固定连接，所述斜向冲孔角钢4.3的另一端通过第三螺栓11.3与横向冲孔角钢4.2固定连接。上述技术方案中，所述造坡板5的上表面由下至上依次铺设有第一细粒玻璃微珠层6(厚度5cm)、粗粒玻璃微珠层7(厚度3cm)、第二细粒玻璃微珠层8(厚度5cm)；所述粗粒玻璃微珠层7内含有彩色玻璃微珠，粗粒玻璃微珠层7润湿后再铺上，这样为了让粗粒玻璃微珠吸收饱和水，顶部第二细粒玻璃微珠层8迅速覆盖在粗粒玻璃微珠层7之上。所述造坡板5与第一细粒玻璃微珠层6之间还铺设有防水防滑垫12。所述造坡板5上设置有波高仪13，所述造坡板5上开设有安装孔，所述波高仪13的底部垂直向下延伸插入安装孔内通过螺纹或者胶粘的方式与造坡板5固定连接。
上述技术方案中，所述造波机构3包括设置在水槽1内的造波板9和设置在水槽1外的电机10，所述电机10的旋转轴贯穿水槽1侧壁与造波板9固定连接。所述电机10的下方设置有安装台16；所述电机10的旋转轴与造波板9中心固定连接，通过调整支安装台16的高度、电机10的高度和造波板9的长度，确保造波板9在产生波浪的过程中，不会触碰到沉积物。
本发明波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置的工作过程，包括如下步骤：
首先，在水槽1上安装排水管14和截止阀15，在水槽1一侧的两角分别安装两对垂直布置的竖向冲孔角钢4.1和横向冲孔角钢4.2，再在竖向冲孔角钢4.1和横向冲孔角钢4.2之间根据坡度需要调节安装斜向冲孔角钢4.3，使得斜向冲孔角钢4.3与横向冲孔角钢4.2之间形成15°的坡角，在有机玻璃材质的造坡板5上钻安装孔，波高仪13的底部垂直向下延伸插入安装孔内通过螺纹或者胶粘的方式与造坡板5固定连接，并将的造坡板5放置在两个角上的斜向冲孔角钢4.3上。
然后，在造坡板5上依次铺置5cm厚的第一细粒玻璃微珠层6、3cm厚的粗粒玻璃微珠层7(混有彩色玻璃微珠)以及5cm厚的第二细粒玻璃微珠层8，其中粗粒玻璃微珠层7是润湿后再铺上，这样为了让粗粒玻璃微珠吸收饱和水，顶部的第二细粒玻璃微珠层8迅速覆盖在粗粒玻璃微珠层7之上。
接着，关闭截止阀15，往水槽1中缓慢注水，直至水面高出第二细粒玻璃微珠层8最高顶点50cm；在水槽1的另一侧的地面上放置安装台16，在安装台16上放置一台电机10，电机10的旋转轴贯穿水槽1侧壁与造波板9的中心孔固定连接。通过调整安装台16的高度、电机10的高度和造波板9的长度，确保造波板9在产生波浪的过程中，不会触碰到沉积物。
最后，打开电机10调节其功率，观看沉积物的变化，记录实验过程和波高仪13的读数。实验结束，关打开截止阀15，让水从排水管14中排尽，经过晾干、切片后，能够观察内部沉积构造。
其它未详细说明的均属于现有技术。
Claims (10)
1.一种波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：包括水槽(1)，所述水槽(1)的一侧设置有造坡机构(2)，所述水槽(1)的另一侧设置有造波机构(3)；
所述造坡机构(2)包括升降架(4)和安装在升降架(4)上的造坡板(5)；所述造坡板(5)的上表面由下至上依次铺设有第一细粒玻璃微珠层(6)、粗粒玻璃微珠层(7)、第二细粒玻璃微珠层(8)；
所述造波机构(3)包括设置在水槽(1)内的造波板(9)和设置在水槽(1)外的电机(10)，所述电机(10)的旋转轴贯穿水槽(1)侧壁与造波板(9)固定连接。
2.根据权利要求1所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述升降架(4)包括设置在水槽(1)的一侧两个角上的竖向冲孔角钢(4.1)和横向冲孔角钢(4.2)，位于同一个角的竖向冲孔角钢(4.1)和横向冲孔角钢(4.2)之间安装有可上下调节高度的斜向冲孔角钢(4.3)；所述造坡板(5)安装在两个角上的斜向冲孔角钢(4.3)之间。
3.根据权利要求2所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述竖向冲孔角钢(4.1)与横向冲孔角钢(4.2)的连接处通过第一螺栓(11.1)固定连接。
4.根据权利要求3所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述斜向冲孔角钢(4.3)的一端通过第二螺栓(11.2)与竖向冲孔角钢(4.1)固定连接，所述斜向冲孔角钢(4.3)的另一端通过第三螺栓(11.3)与横向冲孔角钢(4.2)固定连接。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述造坡板(5)与第一细粒玻璃微珠层(6)之间还铺设有防水防滑垫(12)。
6.根据权利要求5所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述造坡板(5)上设置有波高仪(13)，所述波高仪(13)的底部垂直向下延伸与造坡板(5)固定连接。
7.根据权利要求6所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述水槽(1)的侧面还设置有排水管(14)。
8.根据权利要求7所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述排水管(14)上安装有截止阀(15)。
9.根据权利要求8所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述电机(10)的下方设置有安装台(16)；所述电机(10)的旋转轴与造波板(9)中心固定连接。
10.根据权利要求9所述的波浪触发陆坡疏松沉积物变形模拟装置，其特征在于：所述粗粒玻璃微珠层(7)内含有彩色玻璃微珠。
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| CN112649174A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-13 | 大连理工大学 | 一种风洞内水槽推板式造波系统及造波方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109682572B (zh) | 2024-03-19 |
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