用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置的制作方法

本发明涉及构造地质学研究领域，尤其涉及一种用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置。

背景技术：

地质构造物理模拟实验是研究地质构造运动与几何变形的一种有效实验手段，其以相似性理论为基础，通过小尺度、短时间的构造变形反映漫长历史过程中的大尺度构造运动过程，以此探索地质构造的形成和演化，探究地质构造的发育机理，实现对地质构造变形过程的定量分析。目前，地质构造物理模拟实验已广泛应用于科学及生产研究，涉及矿产、能源、环境、灾害防治等多个领域，深化了地质认识，推动了多学科发展，为实际工作及生产提供了有效指导，显示出良好的应用前景。

地质构造物理模拟实验，通常需要依据相似性原则在实验台上铺设多层实验材料模拟实际地层，进而在实验室内模拟一定条件下的地质构造变形过程；实验材料通常采用砂。现有技术中，在实验台上铺设砂层的工作依靠人工实现，使得实验人员的劳动强度大，砂层铺设及抹平工作周期长，且单砂层厚度难以精确控制，降低了地质构造物理模拟实验的效率与精度。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，能够有效减轻实验人员的劳动强度。

本发明提供一种用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，包括：实验台，所述实验台上设有支撑机构，所述支撑机构上设有铺砂机构，所述铺砂机构与动力机构连接，所述动力机构用于驱动所述铺砂机构沿所述支撑机构移动，通过所述铺砂机构沿所述支撑机构移动在所述实验台上铺设砂层。

进一步地，所述支撑机构包括两条平行设置的滑轨和多个支撑杆，所述滑轨平行于所述实验台设置，所述支撑杆连接在所述实验台与所述滑轨之间以支撑所述滑轨；所述滑轨与所述实验台之间设有侧挡板。

进一步地，所述铺砂机构包括漏斗，所述漏斗用于盛砂；所述漏斗的底端的两侧设有滑板，所述滑板与所述滑轨配合，且所述滑板与所述动力机构连接，以使所述漏斗能够沿所述滑轨移动；所述滑板还连接有平砂刮板，所述平砂刮板垂直于所述实验台设置，所述平砂刮板用于在预设高度上刮平砂层表面。

进一步地，所述铺砂机构还包括：安装在所述滑轨的一端的卡杆，所述卡杆平行于所述实验台设置；所述卡杆与所述实验台之间连接有多个卡条，所述卡条背离所述卡杆的底端设有拼接块，所述拼接块的底端与所述实验台贴合，所述卡条用于固定所述拼接块；所述滑轨的另一端设有活动挡板。

进一步地，所述拼接块包括：基底块、边底块和加高块；所述基底块的顶面具有第一凸起，一端侧面具有第二凸起，另一端侧面具有第二凹槽；所述边底块的顶面具有第一凸起，一端侧面具有第二凹槽；所述加高块顶面具有第一凸起，底面具有第一凹槽；其中，所述第一凸起与所述第一凹槽配合，所述第二凸起与所述第二凹槽配合。

进一步地，所述用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置还包括配重遮挡块，所述配重遮挡块用于在拼接块加装过程中与所述拼接块接触；

或者，所述卡条和所述拼接块与加固板连接，所述加固板背离所述卡条的一侧设有电动杆。

进一步地，所述动力机构包括滑板移动装置、漏斗启闭装置、平砂刮板升降装置和动力控制系统，所述动力控制系统分别与所述滑板移动装置、漏斗启闭装置、平砂刮板升降装置连接；

所述滑板移动装置包括第一电机、第一钢轴和钢轮，所述第一电机的输出轴与所述第一钢轴连接，所述钢轮与所述第一钢轴固定连接，所述钢轮的中心线与所述第一钢轴的中心线重合，所述钢轮固定在所述滑板上，且所述钢轮与所述滑轨滚动连接，以在所述第一电机驱动所述钢轮旋转时带动所述滑板移动；

所述漏斗启闭装置包括第二电机、第一齿轮、开口宽度挡板和第二钢轴；所述开口宽度挡板设置在所述漏斗的出砂口处，用于调节所述漏斗的出砂口宽度；所述第二电机与所述第二钢轴连接，所述第一齿轮套设在所述第二钢轴上，所述第一齿轮与所述开口宽度挡板上的齿条啮合，以在所述第二电机驱动所述第一齿轮旋转时带动所述开口宽度挡板移动，调节所述漏斗的出砂口宽度；

所述平砂刮板升降装置包括第三电机、第三钢轴和第二齿轮；所述第三电机与所述第三钢轴连接，所述第二齿轮套设在所述第三钢轴上，所述第二齿轮与所述平砂刮板上的齿条啮合，以在所述第三电机驱动所述第二齿轮旋转时，带动所述平砂刮板上升或者下降。

进一步地，所述动力控制系统包括控制终端，所述控制终端用于控制所述第一电机、第二电机和第三电机的转向及转速。

进一步地，所述漏斗启闭装置还包括：第一手动旋钮，所述第一手动旋钮与所述第二钢轴连接，用于手动驱动所述第二钢轴；

所述平砂刮板升降装置还包括：第二手动旋钮，所述第二手动旋钮与所述第三钢轴连接，用于手动驱动所述第三钢轴。

进一步地，所述实验台的两端开设有漏槽，所述漏槽的正下方设置砂桶，所述砂桶用于回收砂。

本发明提供的用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，通过所述动力机构驱动所述铺砂机构沿所述支撑机构移动，在所述实验台上铺设砂层，有效减轻了实验人员的劳动强度，缩短了铺砂及抹平的工作周期，提高了地质构造物理模拟实验的效率。

附图说明

图1为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置一实施例的结构示意图；

图2为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置另一实施例的结构示意图；

图3为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中卡杆、卡条和拼接块的结构示意图；

图4为图3的侧视图；

图5为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中基底块的结构示意图；

图6为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中边底块的结构示意图；

图7为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中加高块的结构示意图；

图8为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中加高块的安装示意图；

图9为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中滑轨、漏斗、滑板及动力机构的结构示意图；

图10为图9的俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，“上”、“下”等的用语，是用于描述各个结构在附图中的相对位置关系，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

图1为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置一实施例的结构示意图。

请参照图1，本实施例提供一种用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，包括：

实验台3，实验台3上设有支撑机构4，支撑机构4上设有铺砂机构1，铺砂机构1与动力机构2连接，动力机构2用于驱动铺砂机构1沿支撑机构4移动，通过铺砂机构1沿支撑机构4移动在实验台3上铺设砂层。

实验台3可以为矩形，实验台3包括板状的承载板，承载板用于承载砂；支撑机构4设置在实验台3与铺砂机构1之间，一方面用于支撑铺砂机构1，另一方面对铺砂机构1有导向作用；在动力机构2驱动铺砂机构1沿支撑机构4移动的过程中，铺砂机构1中的砂逐渐放空，或者，实验台3上的砂体被逐渐刮平，以在实验台3上铺设砂层。

本实施例的用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，通过动力机构2驱动铺砂机构1沿支撑机构4移动，在实验台3上铺设砂层，有效减轻了实验人员的劳动强度，缩短了铺砂及抹平工作周期，提高了地质构造物理模拟实验的效率。

图2为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置另一实施例的结构示意图。

请参照图2，进一步地，支撑机构4包括两条平行设置的滑轨42和多个支撑杆41，滑轨42平行于实验台3的矩形长边设置，支撑杆41连接在实验台3与滑轨42之间以支撑滑轨42；滑轨42与实验台3之间设有侧挡板5。

支撑杆41可以均匀、对称分布在实验台3的两侧；例如：试验台的两侧分别设有两个支撑杆41，且两个支撑杆41靠近实验台3的端部设置；其中，支撑杆41与实验台3卡接或者螺接，滑轨42可以与支撑架卡接或者螺接，铺砂机构1安装在滑轨42上。在滑轨42与实验台3之间设有侧挡板5，以避免砂层边缘的砂体滑塌；其中，侧挡板5可以为玻璃挡板，以便于实验人员在地质构造物理模拟实验的过程中观察砂层变化。侧挡板5与实验台3可拆卸连接，例如卡接、螺接、粘接等，以便于调节铺砂机构1的铺砂宽度。

请继续参照图2，进一步地，铺砂机构1包括漏斗112，漏斗112用于盛砂；漏斗112的底端设有滑板111，滑板111上开有与漏斗112底部开口吻合的长方形孔，漏斗112底部的两条矩形短边和一条矩形长边与滑板111连接，连接方式可以为焊接，滑板111与滑轨42配合，且滑板111与动力机构2连接，以使漏斗112能够沿滑轨42移动；滑板111的一侧还连接有平砂刮板113，平砂刮板113垂直于实验台3设置，平砂刮板113用于在指定高度上刮平砂层表面。

滑板111可以为矩形，滑板111的两条矩形短边与滑轨42配合实现滑动连接，以使铺砂机构1能够沿支撑机构4移动；滑板111的矩形长边与平砂刮板113连接。具体的铺砂过程可以为：将滑板111移动至滑轨42的一端，通过动力机构2驱动滑板111沿滑轨42滑动，在该过程中，漏斗112逐渐放空其内的砂，直至滑板111移动至预设的终点；滑板111返回至滑轨42的一端，调整平砂刮板113的高度，使得平砂刮板113底端的高度等于预设的铺砂厚度，通过动力机构2驱动滑板111沿滑轨42滑动，将砂层刮平至预设厚度，实现了对单砂层厚度的精确控制，提高了地质构造物理模拟实验的精度。

其中，多次铺砂时，平砂刮板113底端的高度是指平砂刮板113底端与前一次铺砂形成的砂层之间的距离，预设的铺砂厚度为本次铺砂形成的砂层的厚度。

图3为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中卡杆、卡条和拼接块的结构示意图；图4为图3的侧视图。

请参照图2-4，进一步地，铺砂机构1还包括：安装在滑轨42的一端的卡杆1211，卡杆1211平行于实验台3设置；卡杆1211与实验台3之间连接有多个卡条1212，卡条1212背离卡杆1211的底端设有拼接块122，拼接块122的底端与实验台3贴合，卡条1212用于固定拼接块122；滑轨42的另一端设有活动挡板7。

卡杆1211平行于实验台3的矩形短边设置，卡杆1211可以与滑轨42螺接，以避免卡杆1211发生旋转；卡杆1211用于限制滑板111的移动距离以及固定卡条1212，并通过卡条1212间接固定拼接块122；拼接块122用于避免砂层滑塌，随砂层厚度增加而逐渐加高。

其中，卡条1212的一端穿设在卡杆1211的安装孔内，卡条1212的另一端插设在拼接块122的安装孔中，拼接块122夹设在两个侧挡板5之间。

图5为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中基底块的结构示意图；图6为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中边底块的结构示意图；图7为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中加高块的结构示意图；图8为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中加高块的安装示意图。

请参照图5-8，具体地，拼接块122包括：基底块1221、边底块1222和加高块1223；基底块1221的顶面具有第一凸起，一端侧面具有第二凸起，另一端侧面具有第二凹槽；边底块1222的顶面具有第一凸起，一端侧面具有第二凹槽；加高块1223顶面具有第一凸起，底面具有第一凹槽；其中，第一凸起与第一凹槽配合，第二凸起与第二凹槽配合。基底块1221的顶面的第一凸起用于与加高块1223底面的第一凹槽配合；基底块1221的第二凸起用于与另一基底块1221第二凹槽配合；加高块1223顶面的第一凸起用于与另一加高块1223底面的第一凹槽配合；边底块1222的顶面的第一凸起用于与加高块1223底面的第一凹槽配合；边底块1222的一端侧面的第二凹槽用于与基底块1221第二凸起配合；边底块1222的另一端侧面可以为平面，用于与侧挡板5贴合。其中，基底块1221和边底块1222可以制作为100mm长、10mm高，加高块1223可以制作为100mm长、5mm高。

本实施例中，第一凸起、第二凸起的个数可以为一个或者多个，第一凹槽、第二凹槽的个数分别与第一凸起、第二凸起相同。较佳地，第一凸起的设置位置避开卡条1212的安装孔。根据砂层的宽度，可以适应地增加或者减少基底块1221的数量；根据砂层的厚度，可以适应地增加或者减少加高块1223的数量；活动挡板7可以前后移动，以调整初始铺砂长度。

进一步地，拼接块122搭配有配重遮挡块123，在拼接块122加高过程中，配重遮挡块123还与拼接块122接触；以通过配重遮挡块123提高拼接块122的支撑能力，防止在卡条1212抽出的情况下，砂体滑塌推翻拼接块122。

卡条1212和拼接块122还可以与加固板124连接，加固板124背离卡条1212的一侧设有电动杆6，电动杆6用于驱动卡杆1211、卡条1212和拼接块122前后移动，以进行构造物理模拟实验。加固板124可以与拼接块122和卡杆1211螺接。

图9为本发明用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置中滑轨、漏斗、滑板及动力机构的结构示意图；图10为图9的俯视图。

请参照图2、9-10，进一步地，动力机构2包括滑板移动装置21、漏斗启闭装置22、平砂刮板升降装置23和动力控制系统24。

具体地，滑板移动装置21包括第一电机211、第一钢轴212和钢轮213，第一电机211的输出轴与第一钢轴212连接，钢轮213与第一钢轴212固定连接，钢轮213的中心线与第一钢轴212的中心线重合，钢轮213固定在滑板111上，且钢轮213与滑轨42滚动连接，以在第一电机211驱动钢轮213旋转时带动滑板111移动，实现铺砂。

漏斗启闭装置22包括第二电机221、第一齿轮222、开口宽度挡板225和第二钢轴226；开口宽度挡板225设置在漏斗112的出砂口处，用于调节漏斗112的出砂口宽度；第二电机221与第二钢轴226连接，第一齿轮222套设在第二钢轴226上，第一齿轮222与开口宽度挡板225上的齿条啮合，以在第二电机221驱动第一齿轮222旋转时带动开口宽度挡板225移动，调节漏斗112的开口宽度。其中，漏斗112出砂口处还可以设有开口长度挡板224，通过开口长度挡板224调节漏斗112出砂口的长度，以调节铺砂宽度；根据该铺砂宽度相应地调整侧挡板5的安装位置。

平砂刮板升降装置23包括第三电机231、第三钢轴232和第二齿轮233；第三电机231与第三钢轴232连接，第二齿轮233套设在第三钢轴232上，第二齿轮233与平砂刮板113上的齿条啮合，以在第三电机231驱动第二齿轮233旋转时，带动平砂刮板113上升或者下降，调节铺砂厚度。

动力控制系统24分别与滑板移动装置21、漏斗启闭装置22、平砂刮板升降装置23连接。例如：动力控制系统24包括控制终端，控制终端用于控制第一电机211、第二电机221和第三电机231的转向及转速；控制终端可以为计算机或者控制器。

进一步地，漏斗启闭装置22还包括：第一手动旋钮223，第一手动旋钮223与第二钢轴226连接，用于手动驱动第二钢轴226；平砂刮板升降装置23还包括：第二手动旋钮234，第二手动旋钮234与第三钢轴232连接，用于手动驱动第三钢轴232。实验人员可以自由选择手动或者自动调节漏斗112出砂口宽度，也可以自由选择手动或者自动调节铺砂厚度。

进一步地，实验台3的两端开设有漏槽31，漏槽31的正下方设置砂桶8，砂桶8用于回收砂。

本实施例提供的用于地质构造物理模拟实验的铺砂装置，具体工作过程可以为：

首次铺砂时，通过滑板移动装置21将滑板111移动至活动挡板7所在的一端，使得漏斗112的出砂口紧贴活动挡板7的内侧；依据初始模型宽度即铺砂宽度，减少或增加开口长度挡板224的数量，以使漏斗112的出砂口的长度等于初始模型宽度；根据初始模型长度、宽度和铺砂厚度计算单次铺砂体积，向漏斗112内加入略多于单次铺砂体积的砂；通过平砂刮板升降装置23将平砂刮板113的底端提升至设计铺砂厚度以上；控制漏斗启闭装置22移动开口宽度挡板225，调节出砂速度；滑板移动装置21控制滑板111以特定速度向拼接块122移动，在此过程中将漏斗112内的砂逐渐放空，砂以略大于铺砂厚度大致平铺于侧挡板5、活动挡板7和拼接块122之间；通过滑板移动装置21将滑板111移回至活动挡板7所在的一端，使平砂刮板113紧贴活动挡板7内侧；通过平砂刮板升降装置23将平砂刮板113下降至特定高度，使其底端高度等于铺砂厚度；通过滑板移动装置21控制滑板111以特定速度向拼接块122移动，将砂层刮平至设计铺砂厚度；多余的砂将溢过拼接块122进入桌面漏槽31，收集至砂桶8内，完成单次铺砂流程。

再次铺砂时，按照再次铺砂厚度将拼接块122加高，具体地：将配重遮挡块123抵住需加高部位，防止在加高过程中砂体因自重滑塌推翻拼接块122；将卡条1212提升抽离拼接块122，在已拼接的拼接块122之上叠加加高块1223；将卡条1212下放插回拼接块122内进行固定；重复此流程逐一完成各部位拼接块122的加高工作；重复上述单次铺砂流程完成再次铺砂。

需要说明的是，当某次铺砂后的设计高度不能与整数个拼接块122高度相等时，优选地，拼接块122总高度可略小于设计铺砂厚度，以保证余砂顺利溢出；由砂层内摩擦角所形成的模型边缘的微小缺陷对实验结果的影响基本可以忽略。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。