地质构造变形模拟实验仪制造技术

本发明专利技术所述的地质构造变形模拟实验仪，包括基架，在基架上设有显示地质构造的实验箱，该实验箱的两侧为透明平板，两端为可以前后移动的推板，推板由驱动机构驱动，在实验箱的上方设有砂斗，该砂斗安装在水平往复行走机构上。与现有技术相比，本发明专利技术的优点在于能够进行同沉积生长地层的构造变形模拟实验，既可以定量控制沉积岩层的模拟变形速率，又可以定量控制和模拟沉积速率，对构造变形过程中的应变状态实时动态观测。结构简单合理，使用方便，效果好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种沉积岩层变形构造模拟的实验设备，是通过模拟实验来展示自然界地质构造变形过程以及对变形过程中有限应变的动态观察和精确测量的模拟实验仪。尤其是可以用于模拟研究具有同沉积生长地层的构造变形过程，也就是模拟与沉积作用同步发育的岩层的变形过程。
技术介绍
构造变形模拟是研究地质构造变形过程的一种重要的实验技术手段。上世纪80年代中期以来，构造变形物理模拟方法在国内外构造地质学研究领域取得了显著成效，一些国际著名大学和研究所纷纷建立了各自的相关实验室，例如，美国斯坦福大学、赖斯大学、缅因州大学、英国伦敦大学、瑞士伯尔尼大学和瑞典乌普萨拉大学等。在国内，中国石油大学(北京)1991年建立了构造物理模拟实验室，主要用于模拟含油气盆地构造和油气运移方面的实验研究，其实验室建设概要和部分成果在1999年公开出版的专著中做了一些介绍《盆地构造研究中的砂箱模拟实验方法，周建勋、漆家福和童亨茂，1999，地震出版社》；中国地震局地质研究所构造物理开放实验室，在岩石破裂和摩擦与地震震源物理过程、地震前兆特征与物理机理，地壳和上地幔岩石的物理性质和流变性质与地震成因机制及动力学等方面进行过大量的实验研究。然而，自然界地质构造的变形方式和过程是极其复杂的，每一种实验模拟设备都存在局限性，只能针对特定的研究对象和实验目的进行专门模拟实验研究。近年来，国内外构造地质学家十分重视研究具有同沉积生长地层的构造变形过程，强调沉积过程与构造变形过程之间的相互关系，但是目前现有的构造变形模拟实验设备都不能实现这一研究目的，并且缺乏对构造变形过程中有限应变状态的动态实时观察和记录。专利
技术实现思路
1、专利技术目的本专利技术的目的是针对现有技术中存在的不足，而提供的一种既方便实用，又精确合理的地质构造变形模拟实验仪。该实验仪既可以模拟同沉积生长地层构造变形过程，又可以对构造变形过程中的应变状态实现动态实时观察和记录。2、技术方案为实现上述目的，本专利技术所述的地质构造变形模拟实验仪，包括基架，在基架上设有显示地质构造变形过程的实验箱，该实验箱的两侧为透明平板，两端为可以前后移动的推板，推板由驱动机构驱动，在实验箱的上方设有砂斗，该砂斗安装在水平往复行走机构上。所述的水平往复行走机构是安装在实验箱两侧的水平轨道上的，砂斗安装在该水平轨道上，并由驱动机构驱动。所述驱动机构由带有轨道的直线行走机构、伺服电机和减速器组成。本专利技术的工作原理是地质构造模拟综合实验仪是一套具有多种功能的专用设备。除了具有地质构造模拟实验所需要的拉张、挤压、拱升等功能外，还可自动均匀添加实验材料，并在实验材料表面生成规定的图案。所有的装置均集成在三张串联的工作台上，结构紧凑，便于操作、维修。整个装置的动力均由计算机控制的伺服电机提供。实验仪的中央为一用来盛放实验材料和做实验的实验箱。其箱体的两侧为透明的钢化玻璃，耐磨且便于观察实验过程，箱体的周边有不锈钢制作的框架，既能承受一定的压力，又不影响观察实验。两侧与底部有密封体，用来密封实验材料。在箱体的两端各设有电动缸，这是一个精度较高的机械装置，现在被广泛应用在机械手、机器人等各种机电一体化的设备上。在伺服电机的驱动下经过减速器的减速后，电动缸的推杆带动箱体两端的推板作水平往复运动，为实验提供充足的动力、合适的速度和精确的位移等运动控制作用。同样底部也设有推板，并在伺服电机、减速器和电动缸的的驱动下作垂直上下的往复运动。但为了保证在断电的情况下保持实验状态不变，该伺服电机装有刹车，在系统停电时能迅速吸合。电动缸在计算机的控制下可做不同速度，不同方向的协调运动，从而达到研究人员的要求。置于实验箱上部的加料装置(砂斗)在装上砂后，在伺服电机驱动下，其出砂口在实验箱两端之间沿轨道(直线单元1)来回往复运动，并在振动器的帮助下均匀地将实验材料布撒在实验箱里。通过调节出砂口的大小和砂斗移动速度的大小，可模拟不同沉积速率的沉积岩层的生成过程。表面刻线自动生成装置，分别在伺服电机的驱动下，沿X方向轨道(直线单元1)、Y方向轨道(直线单元2)做协调运动，并通过微量泵，向模型表面注入颜料，生成相应的图案，供直接观察，从而达到测量有限应变的目的。整个模拟实验仪用计算机控制，通过计算机的键盘、鼠标直接向实验仪发出指令，指挥协调实验仪各执行元件的动作。加装记录装置后，可记录实验过程和实验结果。其中计算机控制技术可采用现有技术予以实现。3、有益效果与现有技术相比，本专利技术的优点在于能够进行同沉积生长地层的构造变形模拟实验，既可以定量控制沉积岩层的模拟变形速率，又可以定量控制和模拟沉积速率，对构造变形过程中的应变状态实时动态观测。结构简单合理，使用方便，效果好。四附图说明图1是本专利技术的结构示意图。图2是图1的俯视图。图3是添加装置的结构示意图。图4是图3的侧视图。图5是实验箱的结构示意图。图6是图5的侧视图。图7是本专利技术的控制原理图。五具体实施例方式本专利技术主要提供地质构造模拟实验所需的各种动作。如图所示，置于基架1上的实验箱2的底部用厚20mm的有机玻璃做衬里，外表用不锈钢制作，轻便、美观、耐用。为了便于观察实验的变化，两侧用带有刻度的厚10mm钢化玻璃做侧板，刻度最小间隔为1mm，四周用不锈钢做边框。两端推板3是活动的，用厚20mm有机玻璃制作，推板3的底边和两侧用毛毡做密封，保证实验时实验材料不会泄漏。实验箱的大小可根据实验的需要做成不同的规格。如尺寸为(长×宽×高，单位mm，下同)1600×800×400，1600×600×400、1600×600×200、1600×400×400、1600×400×300、1600×400×200、1600×200×400。根据需要还可在实验箱的底部留一活动推板5，用作拱升实验时使用。推板由驱动机构驱动，该驱动机构由电动缸6、伺服电机7和减速器8组成。实验箱的两端推板3可以是一个整体的，也可以分成两块。分成两块时，四块推板在四只水平安装的电动缸的推杆推动下做直线运动。根据实验的需要，推板3可以相向运动，也可以同向运动。可以匀速运动，也可变速运动。位移速度在0.001mm/s～2812.5mm/s之间可调。为了能适时地了解实验仪的工作情况，并加以控制，电动缸的控制采用计算机全程监视的控制方式，在计算机的屏幕上实时地显示实验仪的工作状况。在实验仪上有添加系统位移、速度的显示，位移显示精度不低于0.0001mm，速度显示精度不低于0.0001mm/s。每只电动缸的有效行程为750mm，最大推力为8000N。为了保障整个装置的安全运行，控制柜上装有急停按钮，发生以外时按下该按钮后，整个装置停止工作。计算机控制技术完全可以采用通常的控制技术。为了使实验能尽量地再现自然真实的情况，需要将实验材料均匀地布撒在实验箱2内。为了实现这一功能，沿实验仪的两侧设有两根有效行程为1800mm长、载荷平台额定垂直载荷300公斤的直线水平轨道9(直线单元1)。载荷平台的移动速度在0.0001mm/s～191.92mm/s可调。位移显示精度不低于0.0001mm，速度显示精度不低于0.0001mm/s。实验材料添加装置安装在直线水平轨道9上。实验材料添加装置包括一个主要部分一砂斗4。直线水平轨道9驱动砂斗移动，实验材料就均匀地布撒在实验箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地质构造变形模拟实验仪，其特征在于该实验仪包括基架（１），在基架（１）上设有显示地质构造的实验箱（２），该实验箱（２）的两侧为透明平板，两端为可以前后移动的推板（３），推板（３）由驱动机构驱动，在实验箱（２）的上方设有砂斗（４），该砂斗（４）安装在水平往复行走机构上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾东，解国爱，吴晓俊，刘正，张庆龙，朱文斌，舒良树，卢华复，张岳桥，杨振宇，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]