动态构造地貌演化物理模拟实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于动态构造地貌演化物理模拟实验装置及实验方法，实验装置包括精细降雨模拟箱和位于其中的构造地貌模拟实验砂箱，精细降雨模拟箱通过水管连接水箱，该水管上设有控制装置，构造地貌模拟实验砂箱具有至少一块活动推拉板，并在实验砂箱内铺设实验材料，同时该实验砂箱连接用于推动活动推拉板来回移动以挤压实验材料变形的动力装置；本发明专利技术的实验装置及实验方法在模拟挤压、拉张、走滑等不同类型构造变形的基础上，实现同步模拟地貌演化过程。

Experimental device and method for physical simulation of dynamic tectonic and geomorphological evolution

The invention discloses a physical simulation experimental device and an experimental method for dynamic tectonic geomorphological evolution. The experimental device includes a fine rainfall simulation tank and a structural geomorphological simulation experimental sand box located therein. The fine rainfall simulation tank is connected with a water tank through a water pipe. The water pipe is equipped with a control device, and the structural geomorphological simulation experimental sand box has at least one movable push-pull plate, and the experimental sand. The experimental material is laid in the box, and the experimental sand box is connected with a power device for pushing the movable push-pull plate back and forth to extrude the deformation of the experimental material. The experimental device and the experimental method of the present invention realize simultaneous simulation of the geomorphological evolution process on the basis of simulating different types of structural deformation such as extrusion, tension and strike-slip.

【技术实现步骤摘要】
动态构造地貌演化物理模拟实验装置及实验方法
本专利技术涉及一种实验装置及实验方法，尤其涉及一种动态构造地貌演化物理模拟实验装置及实验方法。
技术介绍
地貌是地球表面的各种形态的统称，是内力地质作用和外力地质作用共同作用的结果；其中，内力地质作用即构造变形，造成了地表的起伏；外力地质作用通过风化、剥蚀、搬运和堆积等地表过程，在原有地表起伏基础上形成各种地貌。构造地貌学是研究构造变形与地貌关系的学科，是一门交叉学科，是当前国际前沿研究领域，构造地貌演化过程中的动力学特征是构造地貌学亟需解决的基本问题之一。物理模拟实验是研究构造变形常用的实验手段，构造物理模拟实验在国内外各大科研院所和高校均有广泛成熟的应用，国内外构造物理模拟实验室在研究构造变形方面开展了大量的实验，取得了丰富的研究成果。国内外常见的地貌物理模拟实验是静态的水槽模拟实验，广泛应用于研究河道迁移、洪积扇发育等河流地貌的演化，不能够模拟构造变形。人工模拟降雨装置在国内外也有广泛的应用，可以用于土壤侵蚀、水土流失、滑坡等实验研究，不能够用于模拟地貌的演化过程。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。现有构造物理模拟实验所使用的实验材料能够用于模拟构造变形，但是不能够用于模拟侵蚀、搬运、堆积等外力地质过程，且现有的人工模拟降雨装置也无法与构造物理模拟实验装置相结合。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种能同步模拟构造变形和地貌演化过程的实验装置及实验方法。技术方案：本专利技术的动态构造地貌演化物理模拟实验装置，包括精细降雨模拟箱和位于其中的构造地貌模拟实验砂箱，所述精细降雨模拟箱通过水管连接水箱，该水管上设有控制装置，所述构造地貌模拟实验砂箱具有至少一块活动推拉板，并在实验砂箱内铺设实验材料，同时该实验砂箱连接用于推动活动推拉板来回移动以挤压实验材料变形的动力装置。优选的，所述控制装置包括进水阀、水泵、控制箱、泄压阀和水压表。所述精细降雨模拟箱上设有流量控制器、喷头运动控制器和精细雾化喷头。所述动力装置包括与活动推板连接的电动缸和控制箱。所述精细降雨模拟箱的侧壁与构造地貌模拟实验砂箱之间形成集水槽，该集水槽底部连接排水管。所述精细降雨模拟箱上设有气压控制阀。所述精细降雨模拟箱设于构造地貌实验台架上。利用本专利技术所述实验装置模拟动态构造地貌演化的实验方法，包括如下步骤：(1)在构造地貌模拟实验砂箱内布置实验材料并装入精细降雨模拟箱中，连接各部件；(2)启动控制装置和动力装置，水从水箱进入精细降雨模拟箱并落在实验材料上，活动推拉板来回移动挤压实验材料变形；(3)实验过程中观察并采集数据。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的优点为：利用构造变形模拟机构模拟自然界当中的挤压、拉张、走滑等构造变形，形成地表起伏，为地貌的形成和演化构建基本框架；在地表起伏产生的同时，利用地貌演化模拟机构，模拟以水为媒介的外力地质作用下的侵蚀、搬运和堆积过程，从而模拟地貌形成过程，同时，实验过程观察到的现象和收集的数据可以对构造地貌演化模型进一步详细研究；本专利技术的实验装置及实验方法在模拟挤压、拉张、走滑等不同类型构造变形的基础上，实现同步模拟地貌演化过程。附图说明图1为本专利技术实验装置的俯视图；图2为本专利技术实验装置的主视图；图3为本专利技术实验装置的侧视图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术提供一套在室内条件下可以完成同步模拟构造变形过程和地貌演化过程，即构造地貌演化过程的实验装置及实验方法。这种实验装置可以帮助科研人员在实验室内完成挤压、伸展、走滑等多种构造模拟实验条件下构造地貌演化过程的研究，从而提供构造地貌的演化过程模型。如图1-3所示，本专利技术动态构造地貌演化物理模拟实验装置，在构造地貌实验台架3上装有精细降雨模拟箱1，图中显示的精细降雨模拟箱1为上宽下窄的立方体形状，当然不限于该形状。实验台架由实验台架固定机构11固定在地板上，精细降雨模拟箱1内安装有构造地貌物理模拟实验砂箱10。精细降雨模拟箱1通过水管13连接水箱9，该水管13上设有控制装置，所述构造地貌模拟实验砂箱10具有至少一块活动推拉板12，并在实验砂箱内铺设实验材料，同时该实验砂箱连接用于推动活动推拉板12来回移动以挤压实验材料变形的动力装置。精细降雨模拟箱1的降雨控制由水泵4、控制箱5、进水阀6、泄压阀7、水压表8、水箱9等装置完成，将它们安装在水管13上构成控制装置。其中，由进水阀6控制通(断)自来水；由水泵4提供较大压力的水源；由控制箱5调节水泵输出功率，从而调节作用在水管13上的水压大小。精细降雨模拟箱1顶部上设有流量控制器14、喷头运动控制器15和精细雾化喷头16。由流量控制器14控制精细雾化喷头16的喷水量，从而控制降雨量的大小；由喷头运动控制器15控制精细雾化喷头16的姿态和运动模式，从而实现控制均匀降雨和不均匀降雨等多种降雨模式。整个实验过程中，由控制箱5统一控制电动缸2、水泵4、进水阀6、泄压阀7、流量控制器14、喷头运动控制器15等多个设备的同步运转。实验过程中，精细雾化喷头16喷出雨滴的过程中会引起精细降雨模拟箱1内的气压变化，由气压控制阀19控制精细降雨模拟箱1内的气压稳定，其中，气压控制阀19设置在精细降雨模拟箱1的侧壁上。构造地貌物理模拟实验砂箱10一侧或两侧设有活动推拉板12，该活动推拉板12连接电动缸2，电动缸2连接控制箱5，由此构成动力装置，其中，这里的控制箱5与控制装置相连。实验过程中，进水阀6打开，泄压阀7关闭，形成由水箱9到精细雾化喷头16的封闭水路，水由水泵4加压后，经水管13到达精细雾化喷头16后形成雨滴，滴落在实验材料表面，同时开启电动缸2，由电动缸2带动活动推拉板12，由活动推拉板12前后移动带动构造地貌物理模拟实验砂箱10内的实验材料变形，构造地貌物理模拟实验砂箱10内的实验材料变形用以模拟自然界构造变形过程，模拟降雨侵蚀实验材料用以模拟自然界地表侵蚀、搬运和堆积过程。实验原理：利用构造变形模拟机构，模拟自然界当中的挤压、拉张、走滑等构造变形，形成地表起伏，为地貌的形成和演化构建基本框架。在地表起伏产生的同时，利用地貌演化模拟机构，模拟以水为媒介的外力地质作用下的侵蚀、搬运和堆积过程，从而模拟地貌形成过程。不同类型的构造变形形成的地表起伏形态和特征不同，从而形成不同类型的地貌。这套实验装置及实验方法在模拟挤压、拉张、走滑等不同类型构造变形的基础上，实现同步模拟地貌演化过程。实验过程：在实验前，先在构造地貌模拟实验砂箱10内布置实验材料，装入精细降雨模拟箱1内，将电动缸2的推杆与活动推拉板12联接好，即完成了实验准备工作。实验时，通过控制箱5同步开启电动缸2、水泵4、进水阀6、泄压阀7电源。由电动缸2的推拉杆带动活动推拉板12，由于活动推拉板12的运动引起构造地貌模拟实验砂箱10内的实验材料变形。与此同时，进水阀6打开，泄压阀7关闭，水箱9内的水进入水泵4后，经水管13进入精细雾化喷头16喷出形成精细雨滴，通过水压表8读取水管13内的压力，通过控制箱5调节水管13内的水压大小。实验过程中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态构造地貌演化物理模拟实验装置，其特征在于：包括精细降雨模拟箱(1)和位于其中的构造地貌模拟实验砂箱(10)，所述精细降雨模拟箱(1)通过水管(13)连接水箱(9)，该水管(13)上设有控制装置，所述构造地貌模拟实验砂箱(10)具有至少一块活动推拉板(12)，并在实验砂箱内铺设实验材料，同时该实验砂箱连接用于推动活动推拉板(12)来回移动以挤压实验材料变形的动力装置。

【技术特征摘要】
1.一种动态构造地貌演化物理模拟实验装置，其特征在于：包括精细降雨模拟箱(1)和位于其中的构造地貌模拟实验砂箱(10)，所述精细降雨模拟箱(1)通过水管(13)连接水箱(9)，该水管(13)上设有控制装置，所述构造地貌模拟实验砂箱(10)具有至少一块活动推拉板(12)，并在实验砂箱内铺设实验材料，同时该实验砂箱连接用于推动活动推拉板(12)来回移动以挤压实验材料变形的动力装置。2.根据权利要求1所述的物理模拟实验装置，其特征在于：所述控制装置包括进水阀(6)、水泵(4)、控制箱(5)、泄压阀(7)和水压表(8)。3.根据权利要求1所述的物理模拟实验装置，其特征在于：所述精细降雨模拟箱(1)上设有流量控制器(14)、喷头运动控制器(15)和精细雾化喷头(16)。4.根据权利要求1所述的物理模拟实验装置，其特征在于：所述动力装置包括与活动推板连接的电动...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫兵，贾东，吴晓俊，尹宏伟，李一泉，陈竹新，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32