一种构造物理模拟砂箱

本技术涉及褶皱冲断带模拟，尤其涉及一种可调节挤压方向、基底角度的构造物理模拟砂箱装置。

背景技术：

1、构造物理模拟实验是在实验室内，采用不同的模拟材料（如干燥石英砂、硅胶、微玻璃珠、粘土等），通过相似性原则把自然界模型缩小到实验室模型，在实验室内直观地观察地质构造变形过程、分析其成因机制和动力学过程的一种有效方法。它可以直接观察构造变形过程，从三维和定量、半定量的角度理解构造变形的几何学与运动学关系；可以设定不同的边界条件和物理参数，分别了解单项或者多项因素对构造变形机制和动力学过程的控制作用；可以检验各种复杂构造解释模型的合理性，再现大尺度区域构造和小尺度局部构造的原型及其发育过程。构造物理模拟实验研究褶皱冲断带强有力的工具，长期以来一直被用于研究褶皱冲断带。

2、传统的砂箱模拟试验装置能研究基底特性、物质特性、动力学机制、浅表作用等对砂箱模型模拟过程中模拟材料形成的楔形体变形影响，但传统的砂箱模拟试验装置存在挤压方向单一与不能改变基底角度的局限，不能获知不同挤压汇聚方向与基底几何学性质（如坡度和地貌形态）对砂箱模型模拟过程中模拟材料形成的楔形体变形的影响。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种可调节挤压方向、基底角度的构造物理模拟砂箱，该装置能够更准确地模拟褶皱冲断带，有助于深入理解模拟褶皱冲断带的形成和演化过程，使得实验更加符合实际，且该装置简单易操作，为褶皱冲断带研究相关实验的开展提供了技术支持。

2、为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

3、本实用新型构造物理模拟砂箱包括箱体、基底板、高度调节支架、推板、推杆、放置台，基底板一端下方设置有高度调节支架，箱体固定在基底板上并位于高度调节支架上方，另一端基底板延长，上方设置有推力杆放置台，推杆一端安装在放置台上，另一端穿过箱体与推板固连，推板放置在箱体内一端处且与箱体内侧紧密贴合，箱体两侧为透明箱壁。

4、所述推杆的活塞杆通过矩形板ⅱ与推板接触，矩形板ⅱ用于增加推杆与推板接触面积，有稳定移动的作用。

5、本发明装置还包括底面为直角三角形的三棱柱，使用时，三棱柱替换推板，三棱柱放置在箱体内并与矩形板ⅱ贴合，三棱柱斜面与矩形板ⅱ接触面的夹角为5-35º，用于实现动力学机制（汇聚方向）的研究，三棱柱设置若干个夹角不同的块体。

6、所述推杆的活塞杆通过压力传感器与矩形板ⅱ或推板固连，压力传感器为s型压力传感器，用压力传感器能实时检测推力，推杆为电动推杆。

7、所述高度调节支架包括支架ⅰ、支架ⅱ，支架ⅰ、支架ⅱ上相对的一侧开有若干个高度调节孔，基底板一端两侧均开设有螺纹孔，高度调节孔通过螺栓与基底板上的螺纹孔相配合，用于调节基底板一端的在支架ⅰ、支架ⅱ上的位置；该结构中将基底板的一端利用螺栓安装在不同高度的调节高度孔的内部，进而可以调整基底板一端的高度，用于调节基底板、箱体与水平面之间的角度；

8、高度调节支架还可以为另一结构，其包括支架ⅰ、支架ⅱ、卡合组件，支架ⅰ内侧开有滑槽，滑槽内设置有与基底板端部一端转动连接的滑块，基底板端部另一端开有圆槽，圆槽的内部转动连接有套筒，套筒内部设置有用于与支架ⅱ进行卡合的卡合组件，支架ⅱ内侧开有多个卡槽；其中卡合组件包括滑动贯穿套筒的滑杆，滑杆一端与套筒内侧壁之间固定连接有一个弹簧，滑杆另一端固定连接有矩形板ⅰ，矩形板ⅰ的一侧固定连接有卡杆，卡杆与卡槽相卡合，矩形板ⅰ上固定连接有拉板；该结构中可以手持拉板，拉板带动矩形板左右横向移动，矩形板带动滑杆和卡杆横向移动，卡杆不再卡入卡槽的内部，同时滑杆挤压弹簧并进入套筒的内部，向下滑动滑块，滑块带动基底板的一端滑动，进而可以调整基底板一端的高度，调节完成后，松开拉板，可以使得卡杆与新的卡槽相卡合。

9、上述高度调节支架能从基底板上拆卸。

10、所述支架ⅰ、支架ⅱ底部之间通过螺栓可拆卸安装有连接板。

11、上述装置使用时，根据实验需求准备实验装置：

12、1、不安装高度调节支架，将箱体平放（基底板水平），通过相似性原则选择石英砂、硅胶、玻璃微珠等材料，根据实际地层情况计算各层厚度，由下至上依次铺设在箱体中，开启推杆并调节运动速度，推杆推动推板做挤压，模拟褶皱冲断带的演化，记录构造的几何学、运动学变形过程，研究基底特性、物质特性、动力学机制、浅表作用等对砂箱模型模拟过程中模拟材料形成的楔形体的变形影响。

13、在箱体中放入三棱柱，推杆推动三棱柱平移，模拟褶皱冲断带的演化，记录构造的几何学、运动学变形过程，增加了动力学机制里汇聚方向的研究内容，主要为不同挤压汇聚方向对砂箱模型模拟过程中楔形体变形影响，三棱柱的斜面与矩形推板接触面的夹角5-35º，实现不同角度的挤压；

14、2、在基底板上安装好高度调节支架，调节基底板至所需的角度后，将构造模拟的材料铺设在箱体中，开启推杆并调节推杆运动速度，推杆推动推板做平移，模拟褶皱冲断带的演化，记录构造的几何学、运动学变形过程，研究砂箱基底角度变化（基底几何学性质，如坡度和地貌形态）对砂箱模型模拟过程中楔形体变形影响。

15、在箱体中放入三棱柱，推杆推动三棱柱平移，模拟褶皱冲断带的演化，记录构造的几何学、运动学变形过程，做到砂箱基底角度变化、挤压汇聚方向多因素研究。

16、本实用新型构造物理模拟砂箱可以调节基底板与水平面之间的角度，还可以利用三棱柱自带的角度，调节挤压汇聚方向，实现在特定的挤压角度、基底角度下挤压，定性、定量探讨箱体基底特性（基底几何学、内摩擦角）、物质特性（脆性材料、韧性材料）、动力学机制（砂箱几何边界、汇聚速率和汇聚方向）、浅表作用（剥蚀和沉降）等因素对模拟过程中构造模拟材料形成的楔形体变形的影响；本实用新型装置结构简单，易操作，能够更准确地模拟实际情况，并有助于深入理解褶皱冲断带的形成和演化过程，使得实验更加符合实际，为褶皱冲断带研究相关实验的开展提供了技术支持。

技术特征：

1.一种构造物理模拟砂箱，其特征在于：包括箱体（3）、基底板（4）、高度调节支架、推板（6）、推杆（8）、放置台（9），基底板（4）一端下方设置有高度调节支架，另一端上方设置有放置台（9），箱体（3）固定在基底板上并位于高度调节支架上方，推杆（8）一端设置在放置台（9）上，另一端活塞杆滑动穿过箱体与推板（6）固连，推板（6）放置在箱体（3）内一端处且与箱体内侧紧密贴合，箱体（3）两侧为透明箱壁。

2.根据权利要求1所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：推杆（8）的活塞杆通过矩形板ⅱ（23）与推板（6）接触。

3.根据权利要求2所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：砂箱还包括底面为直角三角形的三棱柱（21），使用时，三棱柱替换推板，三棱柱（21）放置在箱体内并与矩形板ⅱ（23）贴合，三棱柱斜面与矩形板ⅱ接触面的夹角为5-35º。

4.根据权利要求3所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：推杆（8）的活塞杆通过压力传感器（7）与矩形板ⅱ（23）固连。

5.根据权利要求1所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：高度调节支架包括支架ⅰ（1）、支架ⅱ（10），支架ⅰ（1）、支架ⅱ（10）上相对的一侧开有若干个高度调节孔（2），基底板（4）一端两侧均开设有螺纹孔，高度调节孔（2）通过螺栓与基底板上的螺纹孔相配合，用于调节基底板一端的在支架ⅰ（1）、支架ⅱ（10）上的位置。

6.根据权利要求1所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：高度调节支架包括支架ⅰ（1）、支架ⅱ（10）、卡合组件，支架ⅰ（1）内侧开有滑槽（14），滑槽（14）内设置有与基底板（4）端部一端转动连接的滑块（13），基底板（4）端部另一端开有圆槽（15），圆槽（15）的内部转动连接有套筒（20），套筒（20）内部设置有用于与支架ⅱ（10）进行卡合的卡合组件，支架ⅱ（10）内侧开有多个卡槽（11）。

7.根据权利要求6所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：卡合组件包括滑动贯穿套筒（20）的滑杆（18），滑杆（18）一端与套筒（20）内侧壁之间固定连接有一个弹簧（19），滑杆（18）另一端固定连接有矩形板ⅰ（17），矩形板ⅰ（17）的一侧固定连接有卡杆（16），卡杆（16）与卡槽（11）相卡合，矩形板ⅰ（17）上固定连接有拉板（12）。

8.根据权利要求1所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：高度调节支架能从基底板上拆卸。

9.根据权利要求4或5所述的构造物理模拟砂箱，其特征在于：支架ⅰ（1）、支架ⅱ（10）底部之间通过螺栓安装有连接板（22）。

技术总结本技术公开了一种构造物理模拟砂箱，其包括箱体、基底板、高度调节支架、推板、推杆、放置台，基底板一端下方设置有高度调节支架，箱体固定在基底板上并位于高度调节支架上方，另一端基底板延长，上方设置有推力杆放置台，推杆一端安装在放置台上，另一端穿过箱体与推板固连，推板放置在箱体内一端处且与箱体内侧紧密贴合，箱体两侧为透明箱壁；本装置可同时改变模型挤压方向和箱体基底角度，使得实验更加符合实际，且其设备简单易操作。技术研发人员：周维维,任涛,杨卯受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：20231017技术公布日：2024/5/29