基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置及方法

本发明涉及地质构造学和砂箱物理模拟领域，特别是涉及一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置及方法。

背景技术：

1、砂箱构造物理模拟实验是一种基于地质构造过程自相似性和无理有效性原理能够在实验室条件下再现地质构造演化过程并通过影像记录、图片处理、激光扫描等，定性、定量分析变形结果和构造成因机制、几何学特征、运动学过程的实验技术；但是目前砂箱物理模拟实验装置仅设置有一种基底模拟一种岩性地层，如果需要模拟不同岩性地层，只能更换不同基底，过程复杂，实验效率低下。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，能同时进行多种岩性地层的模拟实验，提升实验效率。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，包括实验台、砂箱、多个第一驱动组件及监测组件；砂箱设置于所述实验台上，所述砂箱具有实验腔且所述实验腔上侧敞口，所述实验腔内在水平方向并排设置有多个第一基底层，多个所述第一基底层用于模拟不同岩性岩层，且所述第一基底层上方均设置有实验砂层；多个第一驱动组件沿水平方向并排设置于所述实验台上，并置于所述实验腔一侧，多个所述第一驱动组件用于分别对多个所述第一基底层进行推动或拉伸；监测组件设置于所述实验台上，并用于对所述实验砂层和所述第一基底层进行拍照和/或扫描。

4、优选地，还包括升降支撑组件，设置于所述实验台下侧，所述升降支撑组件用于对所述实验台进行支撑并能够调节所述实验台竖向位置。

5、优选地，所述升降支撑组件包括沿所述实验台周向支撑于所述实验台下侧的多个升降支腿，各所述升降支腿均能够沿竖向调节自身长度。

6、优选地，所述砂箱包括固定板和两个侧挡板，两个所述侧挡板并排设置于所述实验台上，所述固定板设置于所述侧挡板一侧并与所述实验台能够拆卸连接，所述固定板与两个所述侧挡板围成上侧和周向一侧开口的所述实验腔；多个所述第一驱动组件置于所述实验腔周向开口的一侧。

7、优选地，各所述第一驱动组件均包括竖向支撑板、驱动板、驱动杆和驱动件，多个所述竖向支撑板沿水平方向并排设置于所述实验台上，所述驱动件一端与所述驱动杆一端固定连接，所述驱动杆另一端与所述驱动板固定连接，且所述驱动杆贯穿对应所述竖向支撑板；不同所述驱动板用于与对应所述第一基底层和所述实验砂层连接；所述驱动件用于驱动所述驱动杆直线移动并通过所述驱动板推动或拉伸对应所述第一基底层和所述实验砂层。

8、优选地，所述监测组件包括监测部和调节部件，所述调节部件设置于所述实验台上，所述监测部设置于所述调节部件上，所述监测部用于所述实验砂层和所述第一基底层进行拍照和/或扫描；所述调节部件用于调节所述监测部的空间位置。

9、优选地，还包括多个第二驱动组件，所述第二驱动组件设置于所述实验台上，并能够与至少一个所述侧挡板连接，以驱动对应所述侧挡板沿所述固定板长度方向滑动。

10、优选地，还包括电控组件，所述电控组件与各所述第一驱动组件、所述监测组件和升降支撑组件均电控连接，并用于进行控制。

11、优选地，所述第一基底层设置为三个，且所述实验砂层和各所述第一基底层之间还设置有第二基底层，三个不同所述第一基底层以及所述第二基底层采用不同材质。

12、本发明还提供一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验方法，包括步骤：

13、准备，确定需要的第一基底层数量和材质，并将各第一基底层和实验砂层依次铺设在砂箱的实验腔；预设各第一驱动组件的驱动距离和驱动速率，以及监测组件的拍照和/或扫描的时长和间隔；开始，控制对应第一驱动组件对对应所述第一基底层和所述实验砂层进行推动或拉伸，监测组件对所述第一基底层和所述实验砂层的变形进行拍照和/或扫描；分析，变形结束后，使用定型液对所述第一基底层和所述实验砂层进行定型，对定型后的所述第一基底层和所述实验砂层进行切片观察或整体扫描，以便后续进行记录、统计和分析。

14、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

15、本发明提供的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，将砂箱设置于实验台上，并在砂箱的实验腔内并排设置多个第一基底层，然后在第一基底层上设置实验砂层，以模拟不同岩性的岩层，对应地，通过在实验腔一侧设置多个第一驱动组件，第一驱动组件通过推动或拉伸对应第一基底层进行模拟；模拟过程中，可通过监测组件进行拍照或者扫描对变形过程进行监测；如此通过设置多个模块化的第一基底层，能够在一个实验装置的模拟过程中，进行多种岩性地层的模拟实验，如此无需更换基底，进而能够提升实验效率。

16、本发明提供的模块化基底的砂箱物理模拟实验方法，通过在一个砂箱内设置多个第一基底层，配合实验砂层模拟不同岩性岩层，进而再通过多个第一驱动组件和监测组件进行模拟和监测，如此能够在一个实验装置的模拟过程中，进行多种岩性地层的模拟实验，如此无需更换基底，进而能够提升实验效率。

技术特征：

1.一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：还包括升降支撑组件(50)，设置于所述实验台(10)下侧，所述升降支撑组件(50)用于对所述实验台(10)进行支撑并能够调节所述实验台(10)竖向位置。

3.根据权利要求2所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：所述升降支撑组件(50)包括沿所述实验台(10)周向支撑于所述实验台(10)下侧的多个升降支腿(51)，各所述升降支腿(51)均能够沿竖向调节自身长度。

4.根据权利要求1所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：所述砂箱(20)包括固定板(24)和两个侧挡板(25)，两个所述侧挡板(25)并排设置于所述实验台(10)上，所述固定板(24)设置于所述侧挡板(25)一侧并与所述实验台(10)能够拆卸连接，所述固定板(24)与两个所述侧挡板(25)围成上侧和周向一侧开口的所述实验腔(21)；多个所述第一驱动组件(30)置于所述实验腔(21)周向开口的一侧。

5.根据权利要求1所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：各所述第一驱动组件(30)均包括竖向支撑板(31)、驱动板(32)、驱动杆(33)和驱动件，多个所述竖向支撑板(31)沿水平方向并排设置于所述实验台(10)上，所述驱动件一端与所述驱动杆(33)一端固定连接，所述驱动杆(33)另一端与所述驱动板(32)固定连接，且所述驱动杆(33)贯穿对应所述竖向支撑板(31)；不同所述驱动板(32)用于与对应所述第一基底层(22)和所述实验砂层(23)连接；所述驱动件用于驱动所述驱动杆(33)直线移动并通过所述驱动板(32)推动或拉伸对应所述第一基底层(22)和所述实验砂层(23)。

6.根据权利要求1所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：所述监测组件(40)包括监测部(41)和调节部件(42)，所述调节部件(42)设置于所述实验台(10)上，所述监测部(41)设置于所述调节部件(42)上，所述监测部(41)用于所述实验砂层(23)和所述第一基底层(22)进行拍照和/或扫描；所述调节部件(42)用于调节所述监测部(41)的空间位置。

7.根据权利要求4所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：还包括多个第二驱动组件(70)，所述第二驱动组件(70)设置于所述实验台(10)上，并能够与至少一个所述侧挡板(25)连接，以驱动对应所述侧挡板(25)沿所述固定板(24)长度方向滑动。

8.根据权利要求2所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：还包括电控组件(60)，所述电控组件(60)与各所述第一驱动组件(30)、所述监测组件(40)和升降支撑组件(50)均电控连接，并用于进行控制。

9.根据权利要求1所述的基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置，其特征在于：所述第一基底层(22)设置为三个，且所述实验砂层(23)和各所述第一基底层(22)之间还设置有第二基底层，三个不同所述第一基底层(22)以及所述第二基底层采用不同材质。

10.一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验方法，其特征在于：包括步骤：

技术总结本发明公开了一种基于模块化基底的砂箱物理模拟实验装置及方法，模块化基底的砂箱物理模拟实验装置及方法，包括实验台、砂箱、多个第一驱动组件及监测组件；砂箱设置于实验台上，砂箱具有实验腔且实验腔上侧敞口，实验腔内在水平方向并排设置有多个第一基底层，多个第一基底层用于模拟不同岩性岩层，且第一基底层上方均设置有实验砂层；多个第一驱动组件沿水平方向并排设置于实验台上，并置于实验腔一侧，多个第一驱动组件用于分别对多个第一基底层进行推动或拉伸；监测组件设置于实验台上，并用于对实验砂层和第一基底层进行拍照和/或扫描。能同时进行多种岩性地层的模拟实验，提升实验效率。技术研发人员：谢昭涵,李成浩,刘玉梅,傅国昱,冯昌,王海学受保护的技术使用者：东北石油大学技术研发日：技术公布日：2024/5/12