[发明专利]角度和起裂位置可调的正断层模拟试验装置及使用方法

说明书

本发明提供了一种角度和起裂位置可调的正断层模拟试验装置及使用方法，涉及正断层模拟试验技术领域，包括底座、立柱、挡板、液压升降装置、下角度调整装置、推杆装置、上部加载装置、上角度调整装置、前挡板和透明侧板，液压升降装置和角度调整机构设置在实验体下方，上部加载装置和上角度调整装置设置在实验体上方，透明侧板设置在实验体的后侧面，多个条状前挡板设置在实验体的前侧面；利用该装置模拟正断层时，下角度调整装置的倾斜板和上角度调整装置的倾斜推板的倾角相同，上部加载系统向下加载，形成正断层。本发明解决了正断层模拟时条件单一，形成不符合实际的形成力学机制，以及断层倾角和起裂位置调节不便的技术问题，并且操作简便。

技术领域

本发明相似材料模拟试验技术领域，尤其是一种角度和起裂位置可调的正断层模拟试验装置，以及该模拟试验装置的使用方法。

背景技术

构造物理模拟实验是研究地质构造的一种重要而且有效的方法，是地质工作者研究地层变形过程和断层形成机制的重要手段。现有的模拟试验装置制作断层的方法并不符合地质构造断层的形成机理，并且断层形成的位置和角度也缺乏灵活控制的方法，因此需要一种能够方便控制模拟断层倾角和位置的装置及方法。

目前，中国专利2018102561390，公开了一种模拟地裂缝扩展装置及其使用方法，该发明可克服了一般模拟试验中基底运动类型单一、运动倾角无法改变、边界效应显著等问题，但是整体结构过于复杂，成本太高，采用了活动挡板消除边界效应的方法，人为制造了断层面，而非应力环境下产生，与实际断层的形成情况不符。

中国专利2010102463419，公开了一种模拟地质构造中断层模拟实验推板，对实验材料施加应力加载模拟断层形成、发育过程的实验装置，其包括台体基座、台面，还包括模型填装区、动力加载，设有外围框架，模型填装区由上组合推板、下组合推板、左侧边板、右侧边板等组成，动力加载包括动力单元，包括手动动力加载装置，动力单元包括电动缸和其支撑滚轮，装置设有可拆装式组合推板，其设有导向滑槽。装置设有可移动侧板机构、三角形插接模块。三角形插接模块包括左右两部分，每部分都设有燕尾槽和矩形槽，两部分之间为斜面活动连接的导向接触面。采用上述结构以后，可以实现对单一断层和组合断层的地质模拟，对有一定朔性的实验材料可实现挤压、拉张、弯扭等地质应力的加载模拟，动力组合推板可任意积木式拼接，整体结构简单，运动灵活。该装置为三角形插接模块，通过燕尾槽和矩形槽和推板连接，但是只能设置两块，模拟单一断层，针对复杂断层带模拟需要进行多次实验才可能达到预期的目的，而且最终模拟的效果精度不够，理论上的误差太大，甚至无法评价现实情况。另外，结合推板等结构使得整体结构过于复杂，试验成本太高。

中国专利201710153425X，公开了一种模拟岩土体正逆断层运动的试验装置及方法，该装置及方法可任意调整(30-90°范围内)断层错动倾角，模型箱侧壁上开设门洞方便土体拆卸，模拟正、逆断层错动运动引起的上覆土体变形破坏，但是与断层形成的力学机理不相符合，且无法对断层起裂位置进行调整，这也是该试验装置存在的问题。

为了降低试验成本，制作一种结构简单，并符合断层形成力学机理，操作简便的断层模拟试验装置。

发明内容

为解决正断层形成时断层倾角和起裂位置调节不便的技术问题，使正断层形成的模拟更符合力学形成机理，具体技术方案如下。

一种角度和起裂位置可调的正断层模拟试验装置，包括底座、立柱、顶梁、挡板、液压升降装置、下角度调整装置、推杆装置、上部加载装置、上角度调整装置、定位装置、前挡板和透明侧板；底座的两端设置有立柱，立柱之间的底座上还设置有挡板，立柱的上端通过顶梁连接，实验体放置在挡板之间；推杆装置的一端固定在立柱上；液压升降装置和角度调整机构设置在实验体下方；上部加载装置和上角度调整装置设置在实验体上方；上角度调整装置和下角度调整装置上设置有定位装置；透明侧板固定设置在实验体的后侧面，多个条状前挡板设置在实验体的前侧面。