[发明专利]用于大型离心机超重力场下的地质构造物理模拟实验装置

说明书

本发明公开了一种用于大型离心机超重力场下的地质构造物理模拟实验装置。底板置于离心机的吊篮上，底板装有丝杆组件，丝杆平行于底板布置，转向器和丝杆支撑柱固定底板上，底板上有滑动导轨；底板上有电机，电机两端输出轴和两个转向器连接，转向器和丝杆端部连接；固定挡板和丝杆螺纹连接且和滑动导轨嵌合，固定挡板下部有可拆卸挡板，下端通过铰链和摆动挡板铰接连接；底板上有弧形柱曲面的曲面台；离心机旋转工作时曲面台的弧形柱曲面的各处运动轨迹均在以离心机旋转轴为圆心轴的同一圆柱面上。本发明能使得实验中流体材料处于同一离心力等位面，从而防止其发生非实验动力原因的流动，消除了现有技术的模拟误差，地质构造物理模拟更准确。

技术领域

本发明涉及了一种地质构造物理模拟实验装置，尤其是涉及了一种用于大型离心机超重力场下的地质构造物理模拟实验装置。

背景技术

对于以百万年为基本计时单位的地质构造变形过程，人类无法直接观测其完整演化历史。然而，构造模拟可以在实验室条件下以可接受的时长重现地质构造变形过程，是了解构造变形过程及其机理的有效途径。时至今日，构造物理模拟研究方法已有二百多年的历史。由于数学模拟方法尚未取得实质性的突破，物理模拟研究依然是研究构造变形过程与机理的最重要方法。

由于成本限制，目前构造物理模拟主要是在常重力条件下进行。然而，按照构造模拟的相似理论，当在实验室中用缩时缩尺模型模拟地质构造过程时，除天然岩石模拟材料参数需要调整外，重力加速度值也应按比例增加。常重力构造模拟装置的先天相似性缺陷，导致这一方法在涉及岩石流动(如地幔柱上涌、软流圈对流、下地壳流动以及岩浆及膏盐地层底辟作用等)问题的构造过程模拟方面存在很大的局限性。

众所周知在离心机所营造的超重力条件下开展的模拟实验是解决这一问题的有效途径，并且国内外已有多位学者利用低成本鼓式离心机开展了超重力构造物理模拟研究，然而该方式具有明显不足。首先，由于鼓式离心机半径短，致使径向重力加速度变化较大，无法为模型提供相对均匀的超重力环境；其次，鼓式离心机机舱空间狭小，导致模型建模尺寸较小，模型分辨率过低；再次，鼓式离心机机舱内难以放置信息采集装置，导致无法对实验过程开展实时观测。

发明内容

为克服背景技术中所提及的不足，本发明的目的在于提供一种用于大型离心机超重力场下的地质构造物理模拟实验装置。由于大型工程离心机的半径远大于实验模型厚度，故模型所处超重力场较为均匀。另外，大型工程离心机的吊篮空间较大，可容纳较大尺度的地质模型，模型分辨率可实现显著提升。此外，较广阔的吊篮空间也给实验结果采集提供了足够视域范围，可以实现对于实验过程信息的实时采集。由此，该发明所提供装置可克服上述现有超重力物理模拟实验装置的不足。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括底板和曲面台；底板置于离心机的吊篮上，底板的两侧均安装有丝杆组件，丝杆组件包括丝杆、滑动导轨、转向器和丝杆支撑柱，丝杆平行于底板布置，丝杆的两端分别支撑连接在转向器和丝杆支撑柱之间，转向器和丝杆支撑柱固定在底板上，丝杆下方的底板上均固定有滑动导轨；两根丝杆同一端之间的底板上固定有电机，电机两端对称设有输出轴，电机两端的输出轴均经各自的传动轴和两个丝杆组件中的两个转向器的一端连接，每个转向器的另一端均和丝杆端部连接；固定挡板连接在两个丝杆组件的两根丝杆之间，固定挡板的两端端部均和丝杆螺纹连接且底部和滑动导轨嵌合，固定挡板下部安装有可拆卸挡板，可拆卸挡板的下端通过铰链和摆动挡板铰接连接；底板上中间固定有曲面台，曲面台上表面为弧形柱曲面，弧形柱曲面的切线方向与丝杆平行，柱曲面的母线方向与固定挡板平行；离心机旋转工作时曲面台的弧形柱曲面的各处运动轨迹均在以离心机旋转轴为圆心轴的同一圆柱面上，摆动挡板采用柔性材料，并覆盖接触曲面台的弧形柱曲面。

离心机在旋转运行时，所述的弧形柱曲面的圆心轴和离心机的旋转轴重合。

所述的弧形柱曲面的曲率半径为离心机在旋转运行时旋转轴到底板底面的距离减去底板的厚度，再减去曲面台中心的厚度。