[发明专利]构造地貌物理模拟实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种构造地貌物理模拟实验装置及实验方法，实验装置包括离心机吊篮实验舱、构造变形装置、图像反射装置和地貌装置；离心机吊篮实验舱在实验时悬挂安装于鼓式离心机的悬臂上，实验舱底部的离心力最大为2500g；构造变形装置用于拉伸和挤压实验材料；图像反射装置的反射镜面板通过透明视窗反射实验箱内部图像；所述地貌装置可模拟降雨并回收废水，本装置还可对实验材料进行加热。实验舱舱壁及离心机悬臂上安装图像采集设备，可采集实验箱顶面及两个侧面图像。本发明实现了2500g超重力环境下的构造地貌物理模拟实验，实验箱尺寸大，承重高，并具备模拟降雨、加热和图像实时采集等多种实验功能。

技术领域

本发明涉及一种实验装置及实验方法，尤其是构造地貌物理模拟实验的实验装置及方法。

背景技术

构造物理模拟实验是一种能够在实验室条件下对大尺度地质构造变形进行模拟研究的方法，具有广泛的适用性。当前对构造地貌演化过程的研究手段以数值模拟为主。然而，由于数值模拟方法的局限性，很难模拟拉张、挤压、走滑等复杂构造变形下的地貌演化。因此，物理模拟实验方法对构造地貌的演化过程有着不可替代的作用。近几十年来，国外学者利用离心机开展的超重力构造物理模拟实验，已在岩石圈裂谷拉张、洋中脊扩张机理、褶皱–冲断构造、走滑拉分构造、膏盐及岩浆底辟构造等研究领域方面取得了重要的进展。

产生超重力环境的离心机技术，一般可分为大型长臂离心机和小型鼓式离心机两种类型。目前国内外鼓式离心机实验舱尺寸小，承重低，构造物理模拟实验箱无动力驱动设备，不能精确控制变形速率，无法进行降雨模拟实验；转臂式的土工离心机最大加速度小于600g，只能在200g以下精确控制实验舱内的动力驱动装置，同时没有无构造地貌研究的相关实验舱装置。因此目前的鼓式离心机和长臂离心机无法满足构造地貌物理模拟的需要。

申请人一直致力于研究构造地貌的物理模拟实验，本申请人的一篇申请号为CN201811323854.8的专利公开了一种在常重力环境下模拟挤压、拉张、走滑等构造变形并实现同步模拟地貌演化过程的实验装置，具备精细降雨模拟装置。但此专利中的实验装置无法满足超重力环境的模拟实验，且功能单一。因此需要一种时在实验箱尺寸、模拟功能方面均有提高，可以实现超重力环境下构造地貌的物理模拟实验装置。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种可模拟降雨以及实时采集三面图像的超重力环境下构造地貌物理模拟实验装置及实验方法。

技术方案：本发明所述的构造地貌物理模拟实验装置包括离心机吊篮实验舱、构造变形装置、图像反射装置和地貌装置；所述离心机吊篮实验舱在实验时悬挂安装于鼓式离心机的悬臂上；所述构造变形装置包括用于拉伸和挤压实验材料的升降机构和平移机构；所述图像反射装置的反射镜面板通过透明视窗反射实验箱内部图像；所述地貌装置包括对实验材料模拟降雨的降雨器和降雨水管。

所述离心机吊篮实验舱包括吊篮侧板、吊篮底板和吊篮底部结构板；所述吊篮侧板上安装用于供电和供液的线路连接机构，上部设有用于连接离心机悬臂的吊篮吊装机构。

所述升降机构和平移机构包括升降装置、配合连接的升降滑轨和升降滑块、三角推板、配合连接的平移滑块和平移滑轨，还包括用于提供动力的液压缸。

所述地貌装置还包括降雨器支撑机构和地貌模拟装置总支撑；所述降雨器和降雨水管安装在降雨器支撑机构上，所述降雨器支撑机构连接地貌模拟装置总支撑。

所述地貌装置还包括用于排出和收集废水的排水槽、蓄水槽和回收吸水管。

本发明的实验装置还包括对实验材料进行加热的加热板和防止热量散失的隔热板，所述加热板和隔热板置于实验材料底部。

所述离心机吊篮实验舱侧面设有实验舱视窗，所述离心机的外舱壁上安装有用于采集实验箱侧面图像的高速图像采集装置。

所述离心机悬臂上安装有用于采集实验箱顶部图像及反射镜面板反射图像的实时监控相机。