專利名稱：斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種科研教學(xué)用物理模擬實驗裝置，更具體地是涉及一種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育演化物理模擬實驗裝置。
技術(shù)背景 斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置屬于斷裂形成模擬新型裝置，其目的在于將其于科研與教學(xué)當(dāng)中。目前國內(nèi)外對斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬較為稀少，且裝置普遍存在以下不足(1)斷裂形成過程的可視程度較差，無法滿足實驗研究人員對斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育演化的監(jiān)視。(2)操控精確程度較低。(3)無法同時滿足對正、逆斷層及不同傾角斷層的模擬。
發(fā)明內(nèi)容為了解決背景技術(shù)中所提到的技術(shù)問題，本實用新型提供一種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置，該裝置可以對模擬過程的視角任意調(diào)整，可視性強，此夕卜，該裝置應(yīng)用手動液壓調(diào)整單元，既降低了裝置的造價，更可依據(jù)實驗研究人員的需求隨意調(diào)整位移與有效應(yīng)力的大小。本實用新型的技術(shù)方案是該種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置，包括由手動泵控制裝置、平流泵控制裝置、位移傳感器、4組壓力缸、壓力缸壓力儀表以及液壓傳輸管線構(gòu)成的終端控制系統(tǒng)，其獨特之處在于所述實驗裝置還包括一個模擬系統(tǒng)；所述模擬系統(tǒng)由液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置、承重構(gòu)架、起重機、承重頂梁、頂面液壓式傳動裝置、固定鋼板、斷層滑塊、轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動軸承、手動視角調(diào)節(jié)裝置、基座、底面液壓式傳動裝置以及側(cè)面液壓式控壓裝置連接后構(gòu)成。其中，所述承重構(gòu)架、承重頂梁和基座構(gòu)成模擬系統(tǒng)的主體框架；所述液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置固定安裝在整體框架的左下方，起重機通過滑輪固定在承重頂梁上，起重機可在承重頂梁的下方做水平方向的自由移動；由若干塊固定鋼板固定連接后構(gòu)成一個模擬箱體，所述斷層滑塊固定于連接在起重機上的纜繩上后以實現(xiàn)置入所述模擬箱體內(nèi)，所述頂面液壓式傳動裝置安裝在模擬箱體的上表面?zhèn)让?，液壓式控壓裝置安裝在模擬箱體左下方的表面上，而底面液壓式傳動裝置則安裝在模擬箱體的下表面；所述轉(zhuǎn)動軸與模擬箱體相連接，轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動軸承以及手動視角調(diào)節(jié)裝置相配合；所述終端控制系統(tǒng)中的位移傳感器安裝在模所述擬箱體的內(nèi)部。本實用新型具有如下有益效果本種實驗裝置具有二大特點一是由多組可更換的框架構(gòu)成，模擬不同傾角斷層；二是可視化，能夠直接拍攝斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育演化過程。具體實施時，本裝置可以對模擬過程的視角任意調(diào)整，因此具有較強的可視性 ’另夕卜，本實驗裝置應(yīng)用手動液壓調(diào)整裝置，既降低了裝置的造價，更可依據(jù)實驗研究人員的需求隨意調(diào)整位移與有效應(yīng)力的大小。此外，本實驗裝置可以同時滿足對正、逆斷層及不同傾角斷層的模擬。[0008]
圖I是本實用新型的組成示意圖。圖中I-液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置,2-承重構(gòu)架,3-起重機,4-承重頂梁,5-頂面液壓式傳動裝置，6-固定鋼板，7-斷層滑塊，8-轉(zhuǎn)動軸，9-轉(zhuǎn)動軸承，10-手動視角調(diào)節(jié)裝置，11-基座，12-底面液壓式傳動裝置，13-側(cè)面液壓式控壓裝置。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明由圖I所示，該種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置，包括由手動泵控制裝置、平流泵控制裝置、位移傳感器、4組壓力缸、壓力缸壓力儀表以及液壓傳輸管線構(gòu)成的終端控制系統(tǒng)，上述系統(tǒng)中，用手動泵控制裝置與3號壓力缸和4號壓力缸相 連，可控制兩者壓力大小，同時壓力大小可顯示在3與4號壓力缸壓力表相連；平流泵控制裝置與I號壓力缸與2號壓力缸相連，可設(shè)定兩壓力缸的壓力大小，此過程為機械自動控制，實驗過程中的位移大小會顯示在位移傳感器中。以上兩過程中所涉及的液壓壓力傳輸均由液壓傳輸管線完成。本裝置在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上做出如下改進所述實驗裝置還包括一個模擬系統(tǒng)；所述模擬系統(tǒng)由液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置
I、承重構(gòu)架2、起重機3、承重頂梁4、頂面液壓式傳動裝置5、固定鋼板6、斷層滑塊7、轉(zhuǎn)動軸8、轉(zhuǎn)動軸承9、手動視角調(diào)節(jié)裝置10、基座11、底面液壓式傳動裝置12以及側(cè)面液壓式控壓裝置13連接后構(gòu)成。其中，所述承重構(gòu)架2、承重頂梁4和基座11構(gòu)成模擬系統(tǒng)的主體框架；所述液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置I固定安裝在整體框架的左下方，起重機3通過滑輪固定在承重頂梁4上，起重機3可在承重頂梁4的下方做水平方向的自由移動。此外，由若干塊固定鋼板6固定連接后構(gòu)成一個模擬箱體，所述斷層滑塊7固定于連接在起重機3上的纜繩上后以實現(xiàn)置入所述模擬箱體內(nèi)，所述頂面液壓式傳動裝置5安裝在模擬箱體的上表面?zhèn)让?，?cè)面液壓式控壓裝置13安裝在模擬箱體左下方的表面上，而底面液壓式傳動裝置12則安裝在模擬箱體的下表面；所述轉(zhuǎn)動軸8與模擬箱體相連接，轉(zhuǎn)動軸8、轉(zhuǎn)動軸承9以及手動視角調(diào)節(jié)裝置10相配合；所述終端控制系統(tǒng)中的位移傳感器安裝在模所述擬箱體的內(nèi)部。本種實驗裝置，由于模擬裝置的整體裝載在以承重構(gòu)架、承重頂梁和基座為主體的骨架內(nèi)；起重機通過滾動滑輪固定在承重頂梁上，其可以沿承重頂梁的下部自由左右移動，主要應(yīng)用于沙箱主體的裝、拆過程；固定鋼板主要對模擬裝置起到固定作用；轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動軸承與手動視角調(diào)節(jié)裝置的配合則實現(xiàn)了對實驗視角的手動調(diào)節(jié)；液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置通過手動調(diào)節(jié)注入液體量控制側(cè)面液壓式控壓裝置，使其處于恒定壓力值。液壓式傳動裝置通過終端控制系統(tǒng)調(diào)整，頂面液壓式傳動裝置與底面液壓式傳動裝置用以實現(xiàn)對斷層上盤滑塊位移大小的調(diào)整，側(cè)面液壓式控壓裝置用以實現(xiàn)對箱體模擬過程中圍壓的有效控制。對于終端控制系統(tǒng)，可設(shè)定兩壓力缸的壓力大小，此過程為機械自動控制，實驗過程中的位移大小會顯示在位移傳感器中，以上兩過程中所涉及的液壓壓力傳輸均由液壓傳輸管線完成。本實驗裝置按照如下步驟操作第一步、裝載所需斷層滑塊。實驗?zāi)M之前，依據(jù)實驗要求與實驗?zāi)康模x用符合要求的斷層滑塊。首先卸下固定鋼板，其次將選用斷層滑塊固定于連接在起重機上的纜繩上，通過控制起重機與水平方向的位移大小與縱向吊起滑塊的位移大小，將斷層滑塊裝載于模擬裝置中，最后將固定鋼板固定于模擬箱體上。第二步、巖石樣品裝載。首先利用手動位移調(diào)節(jié)裝置I將兩個斷層滑塊相對位移調(diào)節(jié)為零，并將箱體調(diào)整為水平，此后將準(zhǔn)備好的巖石樣品擺放于上下盤斷層滑塊中即可。第三步、位移與視角調(diào)整。依據(jù)實驗要求所模擬的斷層性質(zhì)，通過手動視角調(diào)節(jié)裝置I與手動視角調(diào)節(jié)裝置10調(diào)整斷層位移與模擬箱體與水平面夾角。手動視角調(diào)節(jié)裝置I將液體通過液壓傳輸管線導(dǎo)入至頂、底面液壓式傳動裝置，從而轉(zhuǎn)化為位移，控制斷層位移的大小，調(diào)解過程中的位移大小和液體壓力大小通過箱體內(nèi)部的位移傳感器，最終顯示在模擬裝置的終端顯示面板上。第四步、實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)采集分析。實驗過程中的即時數(shù)據(jù)與實驗現(xiàn)象需通過實驗人員嚴(yán)格按照相關(guān)流程記錄，包括每一個實驗現(xiàn)象所對應(yīng)的時間以及各類數(shù)據(jù)的采集。 在具體實驗時，模擬滑塊可模擬30°、45°、60°和75°四種傾角正斷層和逆斷層，也可以通過主箱體旋轉(zhuǎn)，模擬四個方位的走滑斷層。此外，需要在主實驗倉內(nèi)放置預(yù)先制作好的層狀地層模型，在液壓系統(tǒng)作用下可使其產(chǎn)生斷層及伴生裂縫，隨著斷距的增大，裂縫發(fā)育程度必然會發(fā)生變化，詳細(xì)記錄這些變化。改變地層厚度、巖性、成巖程度、斷層傾角、斷距、斷移速率等邊界條件，重復(fù)上述實驗，統(tǒng)計裂縫產(chǎn)狀參數(shù)，例如傾向、傾度、密度、寬度和延伸長度等。根據(jù)大量實驗結(jié)果，建立實驗條件下，裂縫發(fā)育程度和斷層、巖性之間的定量關(guān)系，利用構(gòu)造模擬實驗結(jié)果，設(shè)定邊界條件，進行數(shù)值模擬，分析斷層和裂縫應(yīng)力場及其變化機制。
權(quán)利要求1.一種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置，包括由手動泵控制裝置、平流泵控制裝置、位移傳感器、4組壓力缸、壓力缸壓力儀表以及液壓傳輸管線構(gòu)成的終端控制系統(tǒng)，其特征在于 所述實驗裝置還包括一個模擬系統(tǒng)；所述模擬系統(tǒng)由液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置(I)、承重構(gòu)架(2)、起重機(3)、承重頂梁(4)、頂面液壓式傳動裝置(5)、固定鋼板(6)、斷層滑塊(7 )、轉(zhuǎn)動軸(8 )、轉(zhuǎn)動軸承(9 )、手動視角調(diào)節(jié)裝置(10 )、基座(11)、底面液壓式傳動裝置(12)以及側(cè)面液壓式控壓裝置(13)連接后構(gòu)成；其中，所述承重構(gòu)架(2)、承重頂梁(4)和基座(11)構(gòu)成模擬系統(tǒng)的主體框架；所述液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置(I)固定安裝在整體框架的左下方，起重機(3)通過滑輪固定在承重頂梁(4)上，起重機(3)可在承重頂梁(4)的下方做水平方向的自由移動； 由若干塊固定鋼板(6)固定連接后構(gòu)成一個模擬箱體，所述斷層滑塊(7)固定于連接在起重機(3)上的纜繩上后以實現(xiàn)置入所述模擬箱體內(nèi)，所述頂面液壓式傳動裝置(5)安裝在模擬箱體的上表面?zhèn)让?，?cè)面液壓式控壓裝置(13)安裝在模擬箱體左下方的表面上，而底面液壓式傳動裝置(12)則安裝在模擬箱體的下表面；所述轉(zhuǎn)動軸(8)與模擬箱體相連接，轉(zhuǎn)動軸(8)、轉(zhuǎn)動軸承(9)以及手動視角調(diào)節(jié)裝置(10)相配合； 所述終端控制系統(tǒng)中的位移傳感器安裝在模所述擬箱體的內(nèi)部。
專利摘要一種斷層活動及其伴生裂縫發(fā)育的構(gòu)造物理模擬實驗裝置。主要解決現(xiàn)有的裝置可視程度較差、操作精確度較低以及無法同時滿足正、逆斷層及不同傾角斷層的模擬問題。其特征在于所述實驗裝置還包括一個由液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置、承重構(gòu)架、起重機、承重頂梁、頂面液壓式傳動裝置等構(gòu)成的模擬系統(tǒng)；其中，承重構(gòu)架、承重頂梁和基座構(gòu)成模擬系統(tǒng)的主體框架；液壓式手動位移調(diào)節(jié)裝置固定安裝在整體框架的左下方，起重機通過滑輪固定在承重頂梁上；斷層滑塊置入模擬箱體內(nèi)；轉(zhuǎn)動軸與模擬箱體相連接，轉(zhuǎn)動軸、轉(zhuǎn)動軸承以及手動視角調(diào)節(jié)裝置相配合；終端控制系統(tǒng)中的位移傳感器安裝在模擬箱體的內(nèi)部。所述裝置視角和位移均可任意調(diào)整，試驗應(yīng)用效果好。
文檔編號G09B23/40GK202584537SQ20122022830
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月21日
發(fā)明者張云峰, 李易霖, 楊勉, 柳波 申請人:東北石油大學(xué)