CN112525139B - 俯冲带地震物理模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种俯冲带地震物理模拟实验装置，包括实验台支架、与实验台支架连接的可调节实验平台和可调节限位架、实验箱、活动底板及底板驱动装置。可调节限位架设置于可调节实验平台的上方。实验箱与可调节限位架连接，用于放置实验材料。活动底板设置于可调节实验平台的台面上，作为所述实验箱的底部与实验材料接触，活动底板可以沿可调节实验平台的台面相对实验箱滑动。底板驱动装置，设置于可调节实验平台上，底板驱动装置与活动底板连接。根据上述技术方案的俯冲带地震物理模拟实验装置，活动底板在底板驱动装置的驱动下可以相对实验箱运动，与实验箱内的实验材料摩擦，在物理上模拟俯冲带地震过程，直观地获取实验结果。

Description

俯冲带地震物理模拟实验装置

技术领域

本发明涉及地震实验装置领域，特别涉及一种俯冲带地震物理模拟实验装置。

背景技术

俯冲带是大洋板块俯冲到大陆板块之下形成的板块边界，是板块构造学说的重要组成部分。俯冲带是全球重要的地震带，其中环太平洋俯冲地震带发生的地震约占全球地震总数的80％，俯冲带地震震级通常比陆地要大，是8级以上特大地震经常发生的地带。

国内外针对俯冲带地震模拟的实验装置和方法较少，而且主要是单一的挤压逆冲实验。当前对俯冲带地震的研究手段以数值模拟为主。然而，数值模拟方法不直观，实验结果受人为设定参数的限制。因此，物理模拟实验方法对研究俯冲带地震活动有着不可替代的作用。

现有构造物理模拟实验所使用的实验材料和方法能够用于模拟大时间尺度的构造变形，但是不能够用于模拟单次地震的发生过程。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提出一种俯冲带地震物理模拟实验装置，能够从物理上模拟俯冲带的地震过程，以便测量实验材料在俯冲带地震过程中的形变情况及参数。

技术方案：本发明所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，包括：实验台支架；实验平台，固定设置于所述实验台支架上；限位架，与所述实验台支架机械连接，所述限位架设置于所述实验平台的上方；实验箱，与所述限位架可拆卸连接，所述实验箱用于放置实验材料；活动底板，设置于所述实验平台的台面上，所述活动底板与所述实验材料接触，所述活动底板可以沿所述实验平台的台面相对所述实验箱滑动；底板驱动装置，设置于所述实验平台上，所述底板驱动装置与所述活动底板机械连接。

进一步的，所述底板驱动装置包括电缸、气缸或者液压缸。

进一步的，所述实验平台包括：支撑结构，与所述实验台支架机械连接；台体，与所述支撑结构转动连接，所述活动底板与所述底板驱动装置均设置于所述台体上；第一固定结构，设置于所述台体与所述支撑结构之间，所述第一固定结构用于固定所述台体的倾角。

进一步的，所述支撑结构包括：底座，与所述实验台支架机械连接；支撑件，与所述底座转动连接，所述台体与所述支撑件转动连接；第二固定结构，设置于所述底座与所述支撑件之间，所述第二固定结构用于固定所述支撑件的倾角；其中，所述支撑件相对于所述底座的转动方向与所述台体相对于所述支撑件的转动方向不同。

进一步的，所述底座上设有圆弧型的支撑凹槽，所述支撑件与所述支撑凹槽匹配，所述支撑件可以沿所述支撑凹槽的槽面相对所述底座转动。

进一步的，所述限位架与所述实验台支架转动连接，所述限位架与所述实验台支架之间设有第三固定结构，所述第三固定结构用于固定所述限位架与所述实验台支架的相对位置。

进一步的，所述限位架包括：支撑板，中间开设有第一通孔，所述支撑板与所述实验台支架的顶部转动连接；若干挡板，沿所述第一通孔的边沿设置，若干所述挡板与所述支撑板垂直，若干所述挡板围成一个可以容纳所述实验箱的空间。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、可以实现对俯冲带的地震过程的模拟，以测试实验材料在俯冲带地震过程中的形变情况及参数，实现物理上的俯冲带地震模拟，能够直观地了解实验材料在俯冲带地震时的形变情况，实验结果直观准确。

2、实验装置的结构简单，易于实施。

附图说明

图1为本发明的实验装置的侧面示意图；

图2为本发明的实验装置的正面示意图；

图3为本发明的实验装置的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

参照图1至图3，根据本发明实施例的俯冲带地震物理模拟实验装置，包括实验台支架100、实验平台200、限位架300、实验箱400、活动底板500及底板驱动装置600。实验平台200及限位架300均与实验台支架100连接，限位架300设置于实验平台200的上方。实验箱400与限位架300可拆卸连接，实验箱400用于放置实验材料，可以根据实验要求更换不同的实验箱400以满足实验要求。活动底板500设置于实验平台200的台面上，活动底板500作为实验箱400的底部与实验箱400内的实验材料接触，活动底板500可以沿实验平台200的台面相对实验箱400滑动。底板驱动装置600设置于实验平台200上，底板驱动装置600与活动底板500连接，底板驱动装置600用于驱动活动底板500往复运动，使活动底板500与实验材料摩擦。根据上述技术方案的俯冲带地震物理模拟实验装置，通过底板驱动装置600驱动活动底板500相对于实验箱400往复运动，使底板驱动装置600与实验箱400内铺设的实验材料摩擦，以从物理上模拟俯冲带地震时板块之间的摩擦。相比通过建模数值模拟，可以直观地观察实验材料的形变情况，并测量实验材料的形变参数，便于分析俯冲带地震对实验材料的影响。可以理解的是，底板驱动装置600可以包括气缸、电缸、液压缸或者振动器等驱动装置中的一种或多种，活动底板500可以与实验箱400通过滑轨滑动连接，活动底板500也可与实验箱400在限位架300及实验箱400本身的重力下抵接。

参照图1及图2，在一些实施例中，实验平台200包括支撑结构210、台体220及第一固定结构，支撑结构210与实验台支架100连接，台体220与支撑结构210转动连接，活动底板500及底板驱动装置600均设置于台体220上。台体220与支撑结构210转动连接，使台体220可以相对于支撑结构210在一定范围内转动，以调节台体220倾斜角度，活动底板500也跟随台体220转动，以便调整活动底板500使其与实验箱400紧密接触。通过调节活动底板500的倾角，还可以实现对不同类型的俯冲带的地震情况的模拟。第一固定结构设置在支撑结构210和台体220之间，第一固定结构用于固定台体220的倾角。实验箱400的底部可以根据实验需要的设置成不同角度，实验时选取合适的角度的实验箱400安装到限位架300上，再调整台体220的倾角使活动底板500与实验箱400的底部密闭接触。

参照图1及图2，在一些实施例中，支撑结构210包括底座212、支撑件211及第二固定结构。底座212与实验台支架100连接，支撑件211与底座212转动连接，台体220与支撑件211转动连接，支撑件211相对于底座212的旋转方向与台体220相对于支撑件211的旋转方向不同。支撑件211与底座212转动连接，并且转动方向与台体220相对于支撑件211的转动方向不同，使台体220可以从两个维度上调节倾角，更方便台体220的调节。第二固定结构设置于支撑件211与底座212之间，第二固定结构用于固定支撑件211相对于底座212的倾角。

参照图2及图3，在一些实施例中，限位架300与实验台支架100转动连接，限位架300可以相对实验台支架100在水平方向上转动，以实现对与限位架300连接的实验箱400的水平角度的调节。第三固定结构设置于限位架300与实验台支架100之间，第三固定结构用于固定限位架300与实验台支架100之间的相对位置。

可以理解的是，第一固定结构、第二固定结构及第三固定结构的具体结构分别需要根据台体220与支撑件211、支撑件211与底座212及限位架300和实验台支架100之间的转动连接方式确定，第一固定结构、第二固定结构及第三固定结构可以包括但不限于支撑杆结构、卡扣结构或者螺栓等固定结构。

参照图1及图2，在本实施例中，台体220与支撑架通过转轴连接，台体220可以绕转轴相对支撑架旋转。底板驱动装置600包括两个电缸，两个电缸对称设置在台体220的下端面上，两个电缸的活塞杆分别通过U型的连杆与设置于台体220上端面上的活动底板500连接，驱动活动底板500相对实验箱400运动。在本实施例中，底座212的上端面设有圆弧形的支撑凹槽，支撑件211相应的为圆弧形的支撑杆，台体220与支撑件211的直边转动连接，支撑件211的曲边嵌入到支撑凹槽内，支撑件211可以沿着支撑凹槽的槽面相对底座212转动。在本实施例中，台体220相对于支撑架的旋转轴与支撑架相对底座212的旋转轴垂直。

参照图1至图3，在本实施例中，实验箱400为一个长方体结构，限位架300包括支撑板310及若干挡板320，支撑板310中心处设有与实验箱400端面面积相同的矩形通孔，四片挡板320沿矩形通孔的四条边沿设置，四片挡板320与支撑板310垂直，四片挡板320围成可以容纳实验箱400的空间，实验箱400可以通过矩形通孔放入到限位架300内，由四片挡板320限制实验箱400的移动，防止实验箱400随着活动底板500一起运动。实验台支架100的上端面上设有圆形通孔，该圆形通孔的直径小于支撑板310的最小直径，限位架300的挡板320可以通过圆形通孔伸入到实验台支架100内，支撑板310的下端面与实验台支架100的上端面相抵，将可调节支撑架架设于台体220的上方。

本发明实施例的俯冲带地震物理模拟实验装置可以实施下述俯冲带地震物理模拟实验方法，具体包括如下步骤：

实验台调节：调节可调节实验台的倾角到一定角度，并通过第一固定结构及第二固定结构固定调节结果，将实验材料铺设在实验箱400内；

实验：启动底板驱动装置600驱动活动底板500运动，使活动底板500与实验材料摩擦一定时间；

数据采集：观察并采集实验材料的形变情况及数据。

通过上述实验方法，先调节台体220的倾角使活动底板500与实验箱400的下端密闭连接，并通过第一固定结构及第二固定结构固定调整结果，放入实验材料进入实验箱400内。再启动底板驱动装置600驱动活动底板500相对实验箱400往复滑动，使实验材料与活动底板500的上端面摩擦，以达到模拟俯冲带地震时的板块运动摩擦挤压的效果。通过调节台体220的倾角、活动底板500的上端面的摩擦系数及底板驱动装置600的动作频率，即可以实现对不同类型的俯冲带的模拟。实验完成后可以直观地观测实验箱400内的实验材料的形变情况，并测量形变参数，相比数值建模模拟能更直观地获取实验结果。

Claims (7)

1.一种俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，包括：

实验台支架(100)；

实验平台(200)，固定设置于所述实验台支架(100)上；

限位架(300)，与所述实验台支架(100)机械连接，所述限位架(300)设置于所述实验平台(200)的上方；

实验箱(400)，与所述限位架(300)可拆卸连接，所述实验箱(400)用于放置实验材料；

活动底板(500)，设置于所述实验平台(200)的台面上，所述活动底板(500)作为实验箱( 400) 的底部与所述实验材料接触，所述活动底板(500)可以沿所述实验平台(200)的台面相对所述实验箱(400)滑动；

底板驱动装置(600)，设置于所述实验平台(200)上，所述底板驱动装置(600)与所述活动底板(500)机械连接。

2.根据权利要求1所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述底板驱动装置(600)包括电缸、气缸或者液压缸。

3.根据权利要求1所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述实验平台(200)包括：

支撑结构(210)，与所述实验台支架(100)连接；

台体(220)，与所述支撑结构(210)转动连接，所述活动底板(500)与所述底板驱动装置(600)均设置于所述台体(220)上；

第一固定结构，设置于所述台体(220)与所述支撑结构(210)之间，所述第一固定结构用于固定所述台体(220)的倾角。

4.根据权利要求3所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述支撑结构(210)包括：

底座(212)，与所述实验台支架(100)机械连接；

支撑件(211)，与所述底座(212)转动连接，所述台体(220)与所述支撑件(211)转动连接；

第二固定结构，设置于所述底座(212)与所述支撑件(211)之间，所述第二固定结构用于固定所述支撑件(211)的倾角；

其中，所述支撑件(211)相对于所述底座(212)的转动方向与所述台体(220)相对于所述支撑件(211)的转动方向不同。

5.根据权利要求4所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述底座(212)上设有圆弧型的支撑凹槽，所述支撑件(211)设有与所述支撑凹槽匹配的曲面，所述支撑件(211)可以沿所述支撑凹槽的槽面相对所述底座(212)转动。

6.根据权利要求1所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述限位架(300)与所述实验台支架(100)转动连接，所述限位架(300)与所述实验台支架(100)之间设有第三固定结构，所述第三固定结构用于固定所述限位架(300)与所述实验台支架(100)的相对位置。

7.根据权利要求6所述的俯冲带地震物理模拟实验装置，其特征在于，所述限位架(300)包括：

支撑板(310)，中间开设有第一通孔，所述支撑板(310)与所述实验台支架(100)的顶部转动连接；

若干挡板(320)，若干所述挡板(320)沿所述第一通孔的边沿设置，若干所述挡板(320)与所述支撑板(310)垂直，若干所述挡板(320)围成一个可以容纳所述实验箱(400)的空间。

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