[实用新型]一种预测塑性地层变形的模拟装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及地层变形趋势预测技术领域，特别涉及一种预测塑性地层变形的模拟装置。

背景技术

现有的预测塑性地层变形的工作中，常采用计算手段对地震数据体属性进行提取来预测塑性地层在平面上的变形形态展布。虽然该手段能够对地震数据体进行全面分析，获得相应的塑性地层变形趋势，但缺乏实验模拟手段通过对实际塑形地层环境进行模拟，以对现有预测手段所得到的变形趋势的结论进行进一步的验证，以及对塑形地层变形形态的形成过程和变形机理进行进一步探究。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够模拟地层变形的平面展布形态及剖面样式以及对塑性地层变形机理进行预测的模拟装置。

为此，本实用新型技术方案如下：

该预测塑性地层变形的模拟装置，包括由水平设置的矩形底板和设置在矩形底板上表面四个边缘处的四块围板围成一个顶部开口的箱体；其中，矩形底板上表面自每组对侧侧边的一侧边缘中部沿径向开设有两条相互平行且延伸至另一侧边缘处的活动轨道；每块围板底面设有与其下方两条平行活动轨道相互配合的轨道连接件，使四块围板能够通过轨道连接件与活动轨道活动连接并沿活动轨道在矩形底板上往复运动；在每组对侧围板的外侧还设置有用于推动围板往复运动的驱动装置。

其中，箱体设置为顶部开口的形式便于从箱体上方观察模拟地层的平面展布形态及后续的形态变化过程。

进一步地，每块围板均包括共平面设置的一块主板和位于主板两侧的两块辅助板，辅助板的高度和厚度与主板一致；构成同一块围板的主板与辅助板之间通过合页活动连接，使辅助板能够相对于箱体外侧翻折，且在两块辅助板外侧壁面相同位置处各设置有一个具有径向通孔的扣环，使活动连接的主板和两块辅助板通过插装在两个扣环上的连杆将二者相对位置锁死。其中，主板宽度固定，而辅助板相应可设计有多种不同宽度，以便于根据待模拟地层的情况对围栏的整体宽度进行适时调整。由于在后期地层受应力影响发生运动时，当一组对侧围板发生相对运动后导致另一组对侧围板运动受阻时，可以通过拆下连杆，恢复主板和辅助板之间原有的活动连接状态，使围板受阻后，辅助板翻折改变围板的宽度后，继续在底板上进行相对移动，以模拟受应力后的运动结果。

进一步地，开设在矩形底板上表面的活动轨道上部内径小于下部内径，使活动轨道轴向剖面呈倒T形；轨道连接件设置在主板底面上，其包括两个自每块主板底面沿轴向延伸形成的与倒T形活动轨道相互配合的两个倒T形凸起结构，使轨道连接件只能自活动轨道一端沿径向进入活动轨道内，而对其在轴向方向上的活动进行限制，避免在模拟过程中轨道连接件脱出活动轨道。

进一步地，矩形底板为一块不锈钢矩形板；构成围板的主板和辅助板均由一块有机玻璃板和设置在有机玻璃板顶面和底面的两块不锈钢短板构成；有机玻璃板和两块不锈钢短板共平面设置，且依次连接固定。

在对围板的设计中，采用有机玻璃板并设置在中部为了便于在模拟过程中观察塑性地层在剖面上的变形形态变化；而有机玻璃板上、下两端各拼接固定一块不锈钢短板，是为了便于设置附加构件而不破坏主板和辅助板的结构强度，即连接合页和扣坏均设置在不锈钢短板上。其中，有机玻璃板的面积约占主板或辅助板整体面积的2/3。

其中，有机玻璃板和两端的不锈钢短板可以采用粘结的方式连接固定，也可以采用底板和围板之间的活动连接方式进行活动连接，即在有机玻璃板的上端面和下端面分别加工出T形凸起结构和倒T形凸起结构，而在位于上方的不锈钢短板的下端面上和在位于下方的不锈钢短板的上端面上开设有分别与T形凸起结构和倒T形凸起结构相适应的活动轨道，使三者连接固定且在轴向方向上不易脱出发生分离。

进一步地，在箱体内铺设试验材质，模拟塑性地层及上覆或下伏的围岩地层。具体地，在顶部开口的箱体内铺设有采用含水黄粘土模拟的泥岩层或采用聚酯硅胶模拟的盐岩层，采用白铁皮模拟的断层，以及采用海滩砂、河砂或石英砂模拟的细砂岩围岩层、粗砂岩围岩层和石英砂岩围岩层。

在实际工作中，主要常见塑性地层类型为泥岩与盐岩，因此，为了有效模拟塑性地层，采用黄粘土加水调制与实际地层密度和粘度一致的粘土层来模拟实际泥岩层；采用聚酯硅胶层模拟盐岩模拟实际盐岩层；针对周围围岩情况，则采用海滩砂、河砂和石英砂分别模拟实际地层中的细砂岩、粗砂岩、石英砂岩；而实际地层下的断层则采用白铁皮插入相应试验材质中模拟断层。

进一步为了便于观察，可以对不同性质层、不同种类的围岩进行区别染色，以在模拟地层受力过程中分辨其变形过程中的平面展布形态和剖面样式的变化。