一种走向与边界相交的倾斜地层物理模型及物理模拟方法

本发明属于物理模拟技术领域，具体涉及一种走向与边界相交的倾斜地层物理模型及物理模拟方法。

背景技术：

滑塌构造往往是由于古斜坡发生滑塌后形成的，它是自然界中极其重要的一种地质构造。通过对滑塌构造形成机理的研究，可以推断区域古地理环境和古构造活动。物理模拟(griffithsandlane,1999；liuandkoyi,2013；weietal.,2009)和数值模拟(lourencoetal.,2006；wangetal.,2010)的研究表明，与均质边坡相比，薄弱面控制着边坡的边坡滑动面的位置，并可能引起较大的位移量。以往关于薄弱面对边坡稳定性影响的研究主要集中在边坡的断层模式上，尚未有人对薄弱面的倾角、位置和尺度(厚度)等对散粒体边坡破坏运动和内部变形的影响进行研究。

因此，亟需一种走向与边界相交的倾斜地层的物理模拟方法，设计一种设有走向与边界相交的倾斜薄弱面的滑塌构造物理模拟，以研究不同性质薄弱面对散粒体边坡破坏运动和内部变形的影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够适用于研究薄弱面的产状、位置和尺寸对滑塌构造内部变形特征影响的走向与边界相交的倾斜地层物理模型。

为了实现上述目的，本发明提供了一种走向与边界相交的倾斜地层物理模型，该物理模型为模拟地质构造的砂箱物理模拟模型(砂箱物理模拟模型不包括砂箱本身)，其中，该模型包括地层模拟层以及走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面，走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面设置于地层模拟层中；所述地层模拟层用以实现地层模拟，所述模拟倾斜薄弱面用以实现走向与边界相交的倾斜薄弱面地层的模拟。在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，所述走向与边界相交中的走向指倾斜薄弱面的走向或者倾斜薄弱面地层的走向，边界是指地层模拟层的边界或者地层模拟层所模拟的地层的边界。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，地层模拟层通常能够较好的反映实际地层的岩石力学属性；模拟倾斜薄弱面通常能够较好的反映走向与边界相交的实际倾斜薄弱面地层的岩石力学属性。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，所述模型包括水平地层模拟层以及走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面，走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面设置于地层模拟层中；所述水平地层模拟层用以实现水平地层模拟，所述模拟倾斜薄弱面用以实现走向与边界相交的倾斜地层的模拟。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，所述走向与边界相交为走向与边界斜交。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，所述地层模拟层进一步设有彩色标志层；更优选地，所述地层模拟层设有多个小层，每个小层均设有至少一个彩色标志层，所述彩色标志层用以实现地层模拟层中各个小层的标记。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，地层模拟层的材料包括石英砂或/和微玻璃珠。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，模拟倾斜薄弱面的的材料包括石英砂或/和微玻璃珠。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，所述模拟倾斜薄弱面的材料的内摩擦角应小于所述地层模拟层的材料的内摩擦角。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，所述模拟倾斜薄弱面的厚度一致。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，模拟倾斜薄弱面由多个棱柱自下而上连接而成，其中，相邻的棱柱沿模拟倾斜薄弱面的倾向依次平移一定距离。其中，模拟倾斜薄弱面优选由多个形状完全相同的棱柱自下而上连接而成；相邻的棱柱优选沿模拟倾斜薄弱面的倾向依次平移相同距离；所述棱柱优选为棱沿竖直方向(竖直方向指垂直于水平面的方向)的直棱柱。相邻两个棱柱不能完全错开，需要保持连接的状态。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，模型中的地层模拟层的厚度与该地层模拟层所模拟的实际地层的厚度比值记为a，模型中的模拟倾斜薄弱面的厚度与模拟倾斜薄弱面所模拟的实际倾斜薄弱面地层的厚度比值记为b，a与b相等。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，模型中的地层模拟层的厚度与该地层模拟层所模拟的实际地层的厚度比为1:100000。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，模型中的模拟倾斜薄弱面的厚度与模拟倾斜薄弱面所模拟的实际倾斜薄弱面地层的厚度比为1:100000；模型中的模拟倾斜薄弱面的产状与模拟倾斜薄弱面所模拟的实际倾斜薄弱面地层的产状相同。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，该模型的长、宽通常基于待该模型模拟的实际地层的实际尺寸按照一定比例缩小至合适的范围。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，可以通过对地层模拟层的厚度和材料属性进行调整，实现模拟实际地层的岩石力学属性；通过选择不同的地层模拟层厚度和不同的地层模拟层材料，实现对不同实际地层的岩石力学属性的模拟。可以通过对模拟倾斜薄弱面的厚度、走向、倾向、倾角、材料等属性的调整，实现模拟实际倾斜薄弱面地层的岩石力学属性；通过选择不同的模拟倾斜薄弱面的厚度、走向、倾向、倾角和材料等，实现对不同实际倾斜薄弱面地层的岩石力学属性的模拟。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，该物理模型进一步包括模拟基底，模拟基底铺设于地层模拟层下部，用以模拟实际地层的基底属性；更优选地，模拟基底的材料包括石英砂或/和微玻璃珠。可以通过对模拟基底的材料属性进行调整，实现模拟实际地层的基底属性；通过选择不同的模拟基底的材料，实现对不同实际地层的基底的属性模拟。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，优选地，该物理模型进一步包括砂箱，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；立壁模拟实际地层的边界属性。可以通过对立壁的材料属性进行调整，实现模拟实际地层的边界属性；通过选择不同的立壁的材料，实现对不同实际地层的边界属性模拟。构建合适的边界部，有助于更准确地反应实际地层的情况，便于更好地利用改模型进行实际地层滑塌构造的成因机制分析，尤其是现存薄弱面属性和产状对地层变形特征的影响分析。

在上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型中，模拟倾斜薄弱面通常以先存破裂带等为参考，地层模拟层通常以散粒体边坡为参考。

本发明还提供一种设有走向与边界相交的倾斜薄弱面的滑塌构造的物理模拟方法，该方法包括：

1)构建如上所述的走向与边界相交的倾斜地层物理模型：

①构建设有走向与边界相交的倾斜地层的理论实验模型；所述理论实验模型包括所述走向与边界相交的倾斜地层物理模型的尺寸、所述物理模型中地层模拟层的尺寸、所述物理模型中模拟倾斜薄弱面的尺寸及产状、所述物理模型中地层模拟层的材料以及模拟倾斜薄弱面的材料；

②基于所述理论实验模型，在砂箱中建立如上所述的走向与边界相交的倾斜地层物理模型；

2)基于步骤1)建立的物理模型，撤掉砂箱的一个立壁，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，实现所述滑塌构造的物理模拟。

在上述物理模拟方法中，优选地，步骤1)中构建设有走向与边界相交的倾斜地层的理论实验模型是基于待研究地带的地质条件数据构建的；其中，所述地质条件数据包括实际倾斜薄弱地层的岩石力学性质、走向、倾向、倾角、厚度参数，实际地层的岩石力学性质、厚度、边界尺寸、基底性质参数。基于实际倾斜薄弱地层的岩石力学性质、走向、倾向、倾角、厚度参数确定模拟倾斜薄弱面的尺寸、产状及材料；基于实际地层的岩石力学性质、厚度、边界尺寸、基底性质参数构建物理模型的尺寸、地层模拟层的尺寸、地层模拟层的材料。基于研究目的的需要，模拟倾斜薄弱面的位置、厚度和产状可自行选择，即模型中模拟倾斜薄弱面的位置、厚度、走向、倾向、倾角可以根据研究的需要自行选择。

在上述物理模拟方法中，优选地，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；步骤2)所述撤掉砂箱的一个立壁为撤掉提升门。更优选地，砂箱进一步包括固定墙，固定墙设置于提升门两侧，避免撤掉砂箱的提升门后地层模拟层和模拟倾斜薄弱面的组成材料向凹槽开口的反向逸散。进一步优选地，固定墙垂直于凹槽的开口朝向设置于提升门两侧。

在上述物理模拟方法中，优选地，所述砂箱进一步设有提升装置，所述砂箱的提升门与提升装置连接，提升装置用于用以实现提升门的升降。当构建走向与边界相交的倾斜地层物理模型时，提升门与凹槽以及支撑底板配合，实现走向与边界相交的倾斜地层物理模型的构建；当滑塌构造物理模型时，使用提升装置将提升门升起，地层滑塌产生滑塌构造物理模型。

本发明还提供一种上述走向与边界相交的倾斜地层物理模型在滑塌构造物理模拟研究中的应用。

在上述应用中，优选地，所述滑塌构造物理模拟研究包括倾斜薄弱面地层的走向对滑塌构造变形影响的物理模拟研究、倾斜薄弱面地层的倾向对滑塌构造变形影响的物理模拟研究、倾斜薄弱面地层的倾角对滑塌构造变形影响的物理模拟研究、倾斜薄弱面地层的厚度对滑塌构造变形影响的物理模拟研究和倾斜薄弱面地层的岩石力学性质不同对滑塌构造变形影响的物理模拟研究中的至少一者。通常，所述滑塌构造变形包括伸展断层产生的位置和先后顺序、压缩构造的数量和位置、休止角的大小等中的至少一者。

在上述应用中，优选地，倾斜薄弱面地层的走向对滑塌构造变形影响的物理模拟研究通过如下方式实现：构建模拟倾斜薄弱面的走向不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并分别形成所述滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面地层的走向对滑塌构造的变形的影响。在一具体实施方式中，在砂箱中分别构建模拟倾斜薄弱面的走向不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；撤掉砂箱的提升门，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面的走向不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

在上述应用中，优选地，倾斜薄弱面地层的倾向对滑塌构造变形影响的物理模拟研究通过如下方式实现：构建模拟倾斜薄弱面的倾向不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并分别形成所述滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面地层的倾向对滑塌构造的变形的影响。在一具体实施方式中，在砂箱中分别构建模拟倾斜薄弱面的倾向不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；撤掉砂箱的提升门，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面的倾向不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

在上述应用中，优选地，倾斜薄弱面地层的倾角对滑塌构造变形影响的物理模拟研究通过如下方式实现：构建模拟倾斜薄弱面的倾角不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并分别形成所述滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面地层的倾角对滑塌构造的变形的影响。在一具体实施方式中，在砂箱中分别构建模拟倾斜薄弱面的倾角不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；撤掉砂箱的提升门，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面的倾角不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

在上述应用中，优选地，倾斜薄弱面地层的厚度对滑塌构造变形影响的物理模拟研究通过如下方式实现：构建模拟倾斜薄弱面的厚度不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并分别形成所述滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面地层的厚度对滑塌构造的变形的影响。在一具体实施方式中，在砂箱中分别构建模拟倾斜薄弱面的厚度不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；撤掉砂箱的提升门，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面的厚度不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

在上述应用中，优选地，倾斜薄弱面地层的岩石力学性质不同对滑塌构造变形影响的物理模拟研究通过如下方式实现：构建模拟倾斜薄弱面的材料不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并分别形成所述滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面地层的岩石力学性质不同对滑塌构造的变形的影响。在一具体实施方式中，在砂箱中分别构建模拟倾斜薄弱面的岩石力学性质不同的至少两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，所述砂箱作为所述物理模型的边界部，所述砂箱包括立壁和支撑底板，立壁设置于支撑底板上部，立壁与支撑底板围成一个上部开口的空间，地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面设置于立壁以及支撑底板围成的空间中；其中，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；撤掉砂箱的提升门，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，分析倾斜薄弱面的岩石力学性质不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

在一具体实施方式中，基于倾斜薄弱面地层对滑塌构造的变形的影响规律，从而反推滑塌构造的形成条件。例如散粒体沿着薄弱面滑塌、破坏程度更大、压缩构造更少时，原始薄弱面的倾角可能更陡，反之，散粒体边坡没有沿着薄弱面滑塌、破坏程度较小、压缩构造更多时，原始薄弱面的倾角可能更缓。

本发明提供的技术方案首次在地层构造砂箱模型中引入薄弱面的构建，并首次通过设有薄弱面的砂箱模型地层模拟层滑塌构造的形成，有利于更好地分析实际地层滑塌构造的成因机制，尤其是现存薄弱面属性和产状对地层变形特征的影响。与现有技术相比，本发明具备以下优点：

(1)本发明提供的走向与边界相交的倾斜地层物理模型设有薄弱面能够较好的实现模拟实际倾斜薄弱地层的属性和产状特征。本发明提供的设有走向与边界相交的倾斜薄弱面的滑塌构造的物理模拟方法以本发明提供的走向与边界相交的倾斜地层物理模型构建滑塌构造模型，能够很好地反映实际地层的滑塌变形特征。进一步的，使用本发明提供的走向与边界相交的倾斜地层物理模型进行滑塌构造物理模拟研究，能够通过模拟条件与地层模拟层的变形的对应关系，较好地分析实际薄弱面属性和产状与滑塌构造变形特征间的对应关系。

(2)本发明提供的技术方案具有较好的普适性，适用于多地区的地层滑塌构造研究。

附图说明

图1为实施例1、实施例2中走向与边界相交的倾斜地层物理模型示意图。

图2为实施例1提供的物理模型中模拟倾斜薄弱面的铺设方法。

图3为实施例2的模拟结果图。

图4为实施例3的模拟结果图。

图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f为实施例5模拟结果图。

主要附图标记说明：

凹槽1；支撑底板2；固定墙3；提升门4；金属丝51；重物52；水平地层模拟层6；倾斜薄弱面7；模拟基底8；第i个伸展断层fi；第i个压缩构造ti。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种走向与边界相交的倾斜地层物理模型(参见图1)：

该物理模型为模拟地质构造的理论研究砂箱物理模拟模型，其中，该模型包括水平地层模拟层6、走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面7、模拟基底8以及边界部；其中，走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面7设置于水平地层模拟层6中；

边界部包括立壁、两面固定墙3和支撑底板2，立壁包括凹槽1和提升门4，凹槽1的开口与提升门4相对设置；两面固定墙3分别垂直于凹槽1的开口朝向设置于提升门4两侧；

立壁以及支撑底板2围成一个空间用于铺设水平地层模拟层6以及模拟倾斜薄弱面7；立壁以及支撑底板2围成的空间为上方开口的长方体状(支撑底板2作为长方体的底面，立壁作为长方体的侧壁)，尺寸为300mm×250mm×200mm(长×宽×高)；支撑底板2尺寸为700mm×600mm；与提升门4相对的立壁设置于支撑底板2的一个短边上且位于该短边的中间；

所述支撑底板2上铺设有一层模拟基底8，所述模拟基底8的厚度为12mm；水平地层模拟层6以及模拟倾斜薄弱面7铺设于立壁以及支撑底板2围成的空间中的模拟基底8的上部；所述水平地层模拟层6的总厚度为144mm，由9层厚度均为16mm的相同性质的地层组成，每层地层包含15mm厚的黄色砂子和1mm厚的彩色标志层；所述模拟倾斜薄弱面7的厚度一致为10mm，倾角为60°，走向与提升门平行；

模拟基底8、水平地层模拟层6采用石英砂，模拟倾斜薄弱面7采用微玻璃珠；模拟基底8和水平地层模拟层6选用相同的石英砂，其中，水平地层模拟层6中彩色标志层选用的石英砂的力学性质与水平地层模拟层6中非彩色标志层部分的石英砂的力学性质相同，只是颜色不同，用于记录滑塌构造内部变形的发育过程；所述模拟倾斜薄弱面7的材料的内摩擦角小于所述水平地层模拟层6和模拟基底8的材料的内摩擦角；具体地，所用石英砂的密度为1530kg/m³，粒度为80-120μm，内摩擦角为33°；微玻璃珠的密度为1460kg/m³，粒度为50-100μm，内摩擦角为20°；

采用填充方法形成水平地层模拟层6和模拟倾斜薄弱面7；具体填充方式为将水平地层模拟层6和模拟倾斜薄弱面7构成的整体地层模型自下而上平均分成27个小层，自下而上进行填充，模拟倾斜薄弱面7在每个小层中的部分称为模拟倾斜薄弱面细分层；每个小层高5.33mm，每3个小层中铺设有一层彩色标志层；并且在每个小层中，按照走向与提升门平行铺设模拟倾斜薄弱面细分层，每个小层中铺设的模拟倾斜薄弱面细分层近似为长方体(高为5.33mm，底面为长方形，其中短边长11.5mm，长边长250mm)，相邻两个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层沿模拟倾斜薄弱面的倾向向远离提升门方向错动3mm；每个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层上下连接形成所述模拟倾斜薄弱面7(细分铺设方式参见图2)。

实施例2

本实施例提供了一种设有走向与边界相交的倾斜薄弱面的滑塌构造的物理模拟方法，该方法包括：

1)构建如实施例1所述的走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并将该物理模型的提升门4与提升装置连接；提升装置包括金属丝51和重物52，金属丝51的一端与提升门4连接、另一端与重物52连接；

2)基于步骤1)建立的物理模型，使用提升装置将提升门4提起，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，实现所述滑塌构造的物理模拟。

实施例3

本实施例提供了一种走向与边界相交的倾斜地层物理模型在滑塌构造物理模拟研究中的应用；其中所述滑塌构造物理模拟研究为倾斜薄弱面地层的倾角对滑塌构造变形影响的物理模拟研究；具体过程包括：

(1)构建模拟倾斜薄弱面的倾角不同的两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型；其中，

第一个模型与实施例1提供的边界相交的倾斜地层物理模型完全相同；

第二个模型与实施例1提供的边界相交的倾斜地层物理模型的区别仅在于模拟倾斜薄弱面倾角为45°；具体填充方法与实施例1相似，将地层模拟层和模拟倾斜薄弱面所构成的整体地层模型自下而上平均分成27个小层，自下而上进行填充，模拟倾斜薄弱面在每个小层中的部分称为模拟倾斜薄弱面细分层；每个小层高5.33mm，铺设3个小层，铺设一层彩色标志层；在每个小层中，按照走向与提升门平行铺设模拟倾斜薄弱面细分层，每个小层中铺设的模拟倾斜薄弱面细分层近似为长方体(高为5.33mm，底面为长方形，其中短边长14.1mm，长边长250mm)，相邻两个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层沿模拟倾斜薄弱面的倾向向远离提升门方向错动5.33mm；每个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层上下连接形成所述模拟倾斜薄弱面；

(2)基于步骤(1)构建的两个走向与边界相交的倾斜地层物理模型，分别撤掉物理模型中砂箱的提升门，地层滑塌形成滑塌构造物理模型(第一个模型形成的滑塌构造物理模型如图3所示，第二个模型形成的滑塌构造物理模型如图4所示)；

(3)分析倾斜薄弱面的倾角不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响。

由图3、图4分析倾斜薄弱面的倾角不同对形成的滑塌构造物理模型的滑塌构造变形影响可知：根据图3、图4中的伸展断层fi(i＝1,2…12)、压缩构造ti(i＝1,2,3)的情况可以得知，薄弱层的倾角决定了边坡是否沿薄弱层垮落，散粒体边坡更有可能沿着一个较陡的薄弱面(约60°)的层位滑塌，破坏程度沿主要滑塌面(即薄弱面)随薄弱面倾角增大而增大。薄弱面倾角也影响着滑塌体内压缩构造的分布。例如，当薄弱面倾角为60°时，在散粒体边坡上不会产生压缩构造。在水平倾角为45°的粒状斜坡上，收缩构造。

实施例4

本实施例提供了一种走向与边界斜交的倾斜地层物理模型：

该物理模型为模拟地质构造的理论研究砂箱物理模拟模型，其中，该模型包括水平地层模拟层、走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面、模拟基底以及边界部；其中，走向与边界相交的模拟倾斜薄弱面设置于水平地层模拟层中；

边界部与实施例1中的边界部相同包括立壁、两面固定墙和支撑底板，立壁包括凹槽和提升门，凹槽的开口与提升门相对设置；两面固定墙分别垂直于凹槽的开口朝向设置于提升门两侧；

立壁以及支撑底板围成一个空间用于铺设水平地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面；立壁以及支撑底板围成的空间为上方开口的长方体状(支撑底板作为长方体的底面，立壁作为长方体的侧壁)，尺寸为300mm×250mm×200mm(长×宽×高)；支撑底板尺寸为700mm×600mm；与提升门相对的立壁设置于支撑底板的一个短边上且位于该短边的中间；

所述支撑底板上铺设有一层模拟基底，所述模拟基底的厚度为12mm；水平地层模拟层以及模拟倾斜薄弱面铺设于立壁以及支撑底板围成的空间中的模拟基底的上部；所述水平地层模拟层的总厚度为144mm，由9层厚度均为16mm的相同性质的地层组成，每层地层包含15mm厚的黄色砂子和1mm厚的彩色标志层；所述模拟倾斜薄弱面7的厚度一致为10mm，走向与提升门呈15°夹角，倾角为45°；

模拟基底、水平地层模拟层采用石英砂，模拟倾斜薄弱面采用微玻璃珠；模拟基底和水平地层模拟层选用相同的石英砂，其中，水平地层模拟层中彩色标志层选用的石英砂的力学性质与水平地层模拟层中非彩色标志层部分的石英砂的力学性质相同，只是颜色不同，用于记录滑塌构造内部变形的发育过程；所述模拟倾斜薄弱面7的材料的内摩擦角小于所述水平地层模拟层和模拟基底的材料的内摩擦角；具体地，所用石英砂的密度为1530kg/m³，粒度为80-120μm，内摩擦角为33°；微玻璃珠的密度为1460kg/m³，粒度为50-100μm，内摩擦角为20°；

采用填充方法形成水平地层模拟层和模拟倾斜薄弱面；具体填充方式为：将水平地层模拟层和模拟倾斜薄弱面构成的整体地层模型自下而上平均分成27个小层，自下而上进行填充，模拟倾斜薄弱面在每个小层中的部分称为模拟倾斜薄弱面细分层；每个小层高5.33mm，每3个小层中铺设有一层彩色标志层；在每个小层中，按照走向与提升门呈15°夹角铺设模拟倾斜薄弱面细分层；其中，最底层的模拟倾斜薄弱面细分层一端与提升门相交于提升门中间，另一端与凹槽左侧(面向凹槽开口时的左手边即为凹槽左侧)相交于距离提升门33.49mm处，最底层的模拟倾斜薄弱面细分层近似为底面为梯形的直棱柱(棱长为5.33mm，底面的梯形的两腰分别为38.64mm和10.35mm，其中底面的梯形位于提升门处的腰长为38.64mm、位于凹槽左侧处的腰长为10.35mm)；与提升门斜交的模拟倾斜薄弱面细分层近似为底面为梯形的直棱柱，棱长均为5.33mm，相邻两个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层沿模拟倾斜薄弱面的倾向方向向远离提升门方向错动5.33mm；随着模拟倾斜薄弱面细分层沿模拟倾斜薄弱面的倾向方向向远离提升门一侧逐渐错动，模拟倾斜薄弱面细分层与凹槽左侧和凹槽右侧相交、不在与提升门相交，与凹槽左侧和凹槽右侧相交的模拟倾斜薄弱面细分层近似为底面为平行四面体的直棱柱(棱长为5.33mm，底面为平行四边形，其中短边长19.47mm，长边长258.8mm)；每个小层中的模拟倾斜薄弱面细分层上下连接形成所述模拟倾斜薄弱面；

实施例5

本实施例提供了一种设有走向与边界斜交的倾斜薄弱面的滑塌构造的物理模拟方法，该方法包括：

1)构建如实施例4所述的走向与边界相交的倾斜地层物理模型，并将该物理模型的提升门与提升装置连接；提升装置包括金属丝和重物，金属丝的一端与提升门连接、另一端与重物连接；

2)基于步骤1)建立的物理模型，使用提升装置将提升门提起，地层滑塌产生滑塌构造物理模型，实现所述滑塌构造的物理模拟。

最终形成的滑塌构造如图5a-图5e，当发生滑塌时，边坡第一期滑塌体先沿断层f1滑塌，滑塌体在下滑过程中伴随着断层f2-f4形成。然后第二期滑塌体沿断层f1滑塌，滑塌体在下滑过程中伴随着断层f2-f3形成。主破裂面(断层f1)的沿走向位移量有所差异，当薄弱面较浅时(图5b、图5c)，第二期滑塌形成的f1断距远大于f1，至中间部位时(图5d)，f1与f1断距相差不大。随着薄弱面深度逐渐增大(图5d、图5e、图5f)，断层f1断距逐渐变小。断层走向受斜向剪切力影响，走向与提升门呈斜交，向薄弱面较浅方向倾斜滑移(图5a)。