一种用于地震勘探的多角度转动式砂箱物理模拟装置

摘要

本发明提供一种用于地震勘探的多角度转动式砂箱物理模拟装置，其包括模型模块、动力模块、实验边界模块和控制模块；模型模块用于设置和承托模型；动力模块用于为模型的砂体施加多期次多方向的变形动力，包括伸展、挤压和走滑；实验边界模块用于为模型提供各种所需的边界条件；控制模块用于按照预定的实验方案，控制各组挡板按照预定的方向和速度移动，同时进行或者先后叠加都能够实现。应用该物理模拟实验装置，大幅度提高了实验设备的利用率，降低了单次实验的成本。其结构模块化，便于拆卸组装，操作简单，具有经济性和模型多样化的特点，弥补了现有技术中实验装置设计复杂，制造容易浪费的不足之处。

主权项

一种用于地震勘探的多角度转动式砂箱物理模拟装置，其特征在于，其包括模型模块，动力模块、实验边界模块和控制模块；模型模块用于设置和承托模型；动力模块用于为模型的砂体施加多期次多方向的变形动力，包括伸展、挤压和走滑；实验边界模块用于为模型提供各种所需的边界条件；控制模块用于按照预定的实验方案，控制第一移动挡板(701)、第二移动挡板(702)、第三移动挡板(703)、第四移动挡板(704)、第五移动挡板(705)和第六移动挡板(706)及固定挡板(1201、1202)各组挡板按照预定的方向和速度移动，同时进行或者先后叠加都能够实现；模型模块包括实验台桌(1)、第一轨道(1001)和第二轨道(1002)，其中实验台桌(1)为正方形，边长1.6m*厚度0.02m，钢铁材质；以实验台桌(1)中心为圆心画一个正圆形，直径1.4m，沿此正圆形安放第一轨道(1001)和第二轨道(1002)，第一轨道(1001)和第二轨道(1002)为在实验台桌上开的弧形轨道，弧形直径1.4m；第一轨道(1001)和第二轨道(1002)的弧度都为90°，第一轨道(1001)和第二轨道(1002)的位置对称，分别位于实验台桌(1)正方形的两条对边方向；动力模块包括六组驱动器，分别为第一驱动器(801)、第二驱动器(802)、第三驱动器(803)、第四驱动器(804)、第五驱动器(805)和第六驱动器(806)；其中第一驱动器(801)由第一驱动器底座(901)、第一步进电机(201)、第一减速箱(301)、第一传动螺杆(401)、第一传动光杆(501)、第一连接部件(601)、第一移动挡板(701)组成；第一驱动器底座(901)为钢铁材质，长15cm*高15cm，宽15cm，第一驱动器底座中部开两个直径4cm的孔洞，两个孔洞沿第一驱动器底座(901)竖直中轴线对称，位于水平中轴线上，两个孔洞圆心距离7cm，孔洞方向水平并垂直于第一轨道(1001)，孔洞内壁抛光以减小摩擦阻力，第一驱动器底座(901)上部安装第一步进电机(201)，第一步进电机(201)能够根据输入的电脉冲信号稳定输出转速，而不受功率和力的影响；第二驱动器(802)、第三驱动器(803)、第四驱动器(804)、第五驱动器(805)和第六驱动器(806)的部件及组合方式与第一驱动器(801)完全一致，都分别由驱动器底座(分别对应902、903、904、905、906)、步进电机(分别对应202、203、204、205、206)、减速箱(分别对应302、303、304、305、306)、传动螺杆(分别对应402、403、404、405、406)、传动光杆(分别对应502、503、504、505、506)、连接部件(分别对应602、603、604、605、606)、移动挡板(分别对应702、703、704、705、706)组合而成；其中第一驱动器(801)与第二驱动器(802)通过活动螺栓固定于第一轨道(1001)，能够沿第一轨道(1001)滑动并且旋转；第三驱动器(803)与第四驱动器(804)通过活动螺栓固定于第二轨道(1002)，能够沿第二轨道(1002)滑动并且旋转；第五驱动器(805)与第六驱动器(806)分别安装于实验台桌(1)正方形没有轨道的两条边缘的正中间，使用螺栓固定于实验台桌(1)边部，第五驱动器(805)和第六驱动器(806)不可旋转，不可移动；整个动力模块的运行方式就是步进电机(201、202、203、204、205、206)通过减速箱(301、302、303、304、305、306)带动传动螺杆(401、402、403、404、405、406)旋转，连接部件(601、602、603、604、605、606)把传动螺杆(401、402、403、404、405、406)的角速度转换为传动光杆(501、502、503、504、505、506)和移动挡板(701、702、703、704、705、706)的线速度；实验边界模块分为移动挡板(701、702、703、704、705、706)、固定挡板(1201、1202)、刚性底板(13)、弹性底板(14)、差异变形底板(15)和走滑底板(16)；第一移动挡板(701)、第二移动挡板(702)、第三移动挡板(703)、第四移动挡板(704)、第五移动挡板(705)和第六移动挡板(706)是完全相同的六块挡板，钢铁材质，厚度2cm*长30cm*高20cm，在每块挡板外侧底部有夹持底板材料的固定条；第一固定挡板(1201)和第二固定挡板(1202)不可移动，为钢铁材质，长1m*高0.2m*厚0.02m，竖直安放于实验台桌(1)之上；刚性底板(13)使用泡沫塑料制作，宽度30cm，长度和高度根据实验所需具体设定，使变形沿底板边界产生，用于模拟先存的盆地边界断层；弹性底板(14)使用天然橡胶制作，宽度30cm*厚度1mm，长度根据实验所需具体设定，作用为使变形均匀分布至整个实验模型；差异变形底板(15)使用醋酸酯薄膜和天然橡胶混合制作，醋酸酯薄膜和天然橡胶宽度为30cm，醋酸酯薄膜和天然橡胶厚度为1mm，醋酸酯薄膜与天然橡胶接缝处使用胶水粘合；走滑底板(16)使用钢铁材质，宽度30cm，长度和高度根据实验所需具体设定，走滑底板(16)底部开斜缝，将走滑底板(16)分为中心对称的两半，斜缝与移动挡板(701、702、703、704、705、706)的夹角根据实验所需具体设定，利用底板开的斜缝将移动挡板(701、702、703、704、705、706)的正向位移转化为实验模型内部的走滑位移。