一种河流发育物理沉积模拟实验装置及方法

1.本发明涉及沉积模拟实验技术领域，具体为一种河流发育物理沉积模拟实验装置及方法。


背景技术：

2.河流是常见的沉积体系，河流相砂体也是油气勘探中的重点研究内容，其根据形态分为辫状河、曲流河、顺直河和网状河，河流形态受控于沉积环境、沉积物含量等因素。同一类河流因不同的沉积环境，其沉积样式、摆动范围、深度等特征也各不相同。其平面上的形态特征，主要受到河道坡度、负载搬运方式和碎屑性质等多种因素控制，并随这些因素的变化而变化。在沉积学研究领域，沉积物理模拟实验技术是研究沉积机理、再现实验过程的有效手段，也是油气勘探的基础数据来源之一，作为沉积物理模拟实验装置的重要组成部分，物源供给装置是实验有效开展的关键环节，然而，现有的河流发育物理沉积模拟实验装置只能提供简单的单一河道模拟，不能灵活调节和记录河道坡度、流量、含沙量，无法还原自然界中不同水流强度所携带的沙量差异现象，且实验效率低下。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的在于提供一种河流发育物理沉积模拟实验装置及方法，用以解决现有河流发育物理沉积模拟实验装置只能提供简单的单一河道模拟，不便灵活调节和记录河道坡度、流量、含沙量，无法还原自然界中不同水流强度所携带的沙量差异现象，且实验效率低下的问题。只能提供单一的河流状态，不便灵活调节河道坡度，同时在模拟时无法贴合实际中不同水流强度所携带的沙量差异现象的问题。
4.为实现上述目的，本发明实施例提供一种河流发育物理沉积模拟实验装置，包括：实验控制底板、模拟实验盒、支撑座、调节机构、移动板、装载盒、移动控制机构、隔板、送料管和输送管，所述实验控制底板的顶部开设有固定槽，所述支撑座转动安装在固定槽内，所述模拟实验盒固定安装在支撑座上，所述模拟实验盒的顶部为开口，所述模拟实验盒内设有预先铺设好的泥沙基底层，所述模拟实验盒的一侧固定安装有收集盒，所述收集盒的顶部为开口，所述模拟实验盒的一侧固定安装有若干个收集管，所述调节机构设置在实验控制底板上，所述调节机构与模拟实验盒相连接，所述移动板滑动安装在模拟实验盒的一侧，所述装载盒固定安装在移动板的顶部，所述移动控制机构设置在移动板上，所述移动控制机构与模拟实验盒相连接，所述隔板固定安装在装载盒内，所述装载盒的底部开设有安装孔，所述送料管固定安装在安装孔内，所述装载盒的底部开设有连接孔，所述输送管滑动安装在连接孔内，所述输送管的两侧均开设有进水口，所述装载盒上设有驱动机构，所述送料管和输送管均与驱动机构相连接，所述输送管内设有流速控制机构，所述模拟实验盒的内壁上固定安装有输送板，所述装载盒的底部固定安装有导料板，所述模拟实验盒的一侧内壁上开设有通风孔，所述通风孔内固定安装有鼓风机和滤网，所述移动控制机构包括平移座、插杆、丝杆三和控制旋钮，所述模拟实验盒的一侧开设有平移槽，所述移动板的一侧固
定安装有平移座，所述平移座滑动安装在平移槽内，所述平移座的一侧开设有凹槽，所述凹槽内滑动安装有插杆，所述平移槽的内壁上开设有若干个插槽，所述插杆连接在插槽内，所述插杆的一端开设有螺纹槽，所述螺纹槽内螺纹连接有丝杆三，所述丝杆三的一端固定安装有控制旋钮，所述调节机构包括调节座、支撑臂、丝杆一、蜗杆一、蜗轮一和调节旋钮，所述模拟实验盒的底部开设有安装槽，所述安装槽内转动安装有支撑臂，所述实验控制底板的顶部开设有调节槽，所述调节槽内滑动安装有调节座，所述支撑臂的一端转动连接在调节座上，所述调节座的一侧开设有螺纹孔一，所述调节槽的内壁上开设有连接槽，所述连接槽内转动安装有丝杆一，所述丝杆一螺纹安装在螺纹孔一内，所述丝杆一上固定安装有蜗轮一，所述连接槽内转动安装有固定杆，所述固定杆的两端分别固定连接有蜗杆一和调节旋钮，所述蜗杆一与蜗轮一啮合。
5.进一步的，所述驱动机构包括偏心轮、锥齿轮一、旋转杆、安装座一、主动齿轮、被动齿轮、安装座二和螺旋输送杆，所述装载盒内转动安装有偏心轮，偏心轮与输送管的顶端相接触，所述偏心轮的一侧固定安装有锥齿轮二，所述装载盒的顶部内壁上转动安装有旋转杆和螺旋输送杆，所述旋转杆的两端分别固定安装有锥齿轮一和安装座一，所述锥齿轮一与锥齿轮二啮合。
6.进一步的，所述螺旋输送杆的顶端固定安装有安装座二，安装座二上套设有被动齿轮，所述安装一上套设有主动齿轮，所述被动齿轮与主动齿轮啮合，所述旋转杆上固定安装有驱动轮二，所述装载盒的顶部固定安装有伺服电机，所述伺服电机的输出上固定安装有驱动轮一，所述驱动轮一与驱动轮二啮合。
7.进一步的，所述流速控制机构包括两个阀板、连接片、丝杆二、转动盘和蜗杆二，所述输送管的两侧内壁上均滑动安装有阀板，两个阀板相互靠近的一侧固定安装有连接片，所述连接片上开设有螺纹孔二，所述输送管内转动安装有丝杆二，所述丝杆二螺纹安装在螺纹孔二内，所述丝杆二的底端固定安装有蜗轮二，所述输送管上转动安装有控制杆，所述控制杆的两端分别固定安装有蜗杆二和转动盘，所述蜗杆二与蜗轮二啮合。
8.进一步的，所述连接孔内固定安装有密封圈，所述输送管与密封圈相接触，所述模拟实验盒内固定安装有放置横板。
9.进一步的，所述输送管的两侧均固定安装有辅助板，两个辅助板的顶端均固定安装有弹簧，弹簧固定连接在装载盒的底部。
10.进一步的，所述主动齿轮上开设有固定孔，所述安装座一设置在固定孔内，所述固定孔的内壁上开设有两个卡槽，所述安装座一上开设有两个移动槽，两个移动槽内均滑动安装有卡块，所述卡块安装在对应的卡槽内，两个卡块的一端均固定安装有压簧，压簧固定安装在移动槽的内壁上，两个移动槽的内壁上开设有同一个控制孔，控制孔内转动安装有连接杆，连接杆两端分别固定安装有绕设轮和调节轮，所述绕设轮上固定连接有两个拉绳，拉绳的一端固定连接在对应的卡块上。
11.进一步的，所述固定槽的内壁上开设有辅助槽，支撑座上固定安装有固定块，固定块转动安装在辅助槽内。
12.本发明还提供一种河流发育物理沉积模拟实验方法，包括以下步骤：
13.s1：转动调节旋钮可带动蜗杆一转动，蜗杆一控制蜗轮一上的丝杆一转动，丝杆一控制调节座移动，调节座带动支撑臂运动，支撑臂带动模拟实验盒发生转动，模拟实验盒带
动支撑座转动，可以调节泥沙基底层的倾斜角度，将流速传感器安装在放置横板上，可对泥沙基底层上模拟河流中不同位置的流速进行监测；
14.s2：确定位置后转动控制旋钮，控制旋钮带动丝杆三转动，丝杆三驱动插杆滑出插槽，即可取消平移座的固定限制，可以移动装载盒，装载盒带动移动板移动，并调节装载盒在模拟实验盒上的使用位置，开启鼓风机和伺服电机，鼓风机可将风吹送到泥沙基底层上，伺服电机带动驱动轮一转动，驱动轮一带动驱动轮二转动，驱动轮二带动旋转杆转动，旋转杆带动安装座一和主动齿轮转动，主动齿轮带动被动齿轮和螺旋输送杆转动；
15.s3：螺旋输送杆带动装载盒内的沙粒从送料管送到导料板上，导料板再将沙粒送到输送板上，同时旋转杆带动锥齿轮一转动，锥齿轮一带动锥齿轮二和偏心轮转动，偏心轮挤压输送管，输送管拉动弹簧，弹簧的弹性作用可带动输送管复位，输送管上的两个进水口进入装载盒内时，装载盒内的水从进水口进入并送入输送板上，可以同时将沙粒和水混合输送，被动齿轮和主动齿轮的直径不同，使得沙粒的输送量和水的输送量不同；
16.s4：转动转动盘可带动蜗杆二转动，蜗杆二带动蜗轮二和丝杆二转动，丝杆二带动连接片上的两个阀板移动，阀板可以调节进水口的开启大小，从而可调节水流大小，转动调节轮可带动绕设轮转动，绕设轮带动两个拉绳绕设，拉绳可带动卡块滑出卡槽，即可取消对主动齿轮的固定，可以调整主动齿轮与被动齿轮的大小比例，输送板把含沙水输送到泥沙基底层上并模拟河流流水，同时可对泥沙基底层上水流沉积沉积状态进行观察和记录。
17.本发明实施例具有如下优点：
18.通过将模拟实验盒和装载盒设置在实验控制底板上，可根据实验需要进行调节泥沙基底层的坡度，可满足多种实验要求，还可控制泥沙水的释放量和流动速度，可以较大程度贴合实际河流发育和运行情况，实验效果更加精准，风力输送加快泥沙基底层水分蒸发，提高实验效率。
19.在模拟时可以还原自然界中不同水流强度所携带的沙量差异现象，解决了现有的河流发育物理沉积模拟实验装置只能提供简单的单一河道模拟，不能灵活调节和记录河道坡度、流量、含沙量，无法还原自然界中不同水流强度所携带的沙量差异现象，且实验效率低下的问题。
附图说明
20.图1为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的立体结构示意图；
21.图2为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的俯视结构示意图；
22.图3为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的主视结构示意图；
23.图4为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的a部分结构示意图；
24.图5为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的b部分结构示意图；
25.图6为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的c部分结构示意图；
26.图7为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的d部分结构示意图；
27.图8为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的水流强度与沉积量的曲线图；
28.图9为本发明的一种河流发育物理沉积模拟实验装置的泥沙加入量与侵蚀(沉积)量的曲线图。
29.附图标记：1、实验控制底板；2、模拟实验盒；3、泥沙基底层； 4、支撑座；5、调节机构；501、调节座；502、支撑臂；503、丝杆一；504、蜗杆一；505、蜗轮一；506、调节旋钮；6、收集盒；7、放置横板；8、移动板；9、装载盒；10、隔板；11、送料管；12、输送管；13、弹簧；14、偏心轮；15、锥齿轮一；16、旋转杆；17、安装座一；18、主动齿轮；19、螺旋输送杆；20、安装座二；21、被动齿轮；22、卡块；23、绕设轮；24、调节轮；25、伺服电机；26、驱动轮一；27、驱动轮二；28、导料板；29、阀板；30、丝杆二；31、转动盘；32、蜗杆二；33、鼓风机；34、输送板；35、平移座；36、插杆；37、丝杆三；38、控制旋钮。
具体实施方式
30.以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
31.请一并参阅图1-图9，一种河流发育物理沉积模拟实验装置，包括：实验控制底板1、模拟实验盒2、支撑座4、调节机构5、移动板 8、装载盒9、移动控制机构、隔板10、送料管11和输送管12，所述实验控制底板1的顶部开设有固定槽，所述支撑座4转动安装在固定槽内，所述模拟实验盒2固定安装在支撑座4上，所述模拟实验盒 2的顶部为开口，所述模拟实验盒2内设有泥沙基底层3，所述模拟实验盒2的一侧固定安装有收集盒6，所述收集盒6的顶部为开口，所述模拟实验盒2的一侧固定安装有若干个收集管，所述调节机构5 设置在实验控制底板1上，所述调节机构5与模拟实验盒2相连接，所述移动板8滑动安装在模拟实验盒2的一侧，所述装载盒9固定安装在移动板8的顶部，所述移动控制机构设置在移动板8上，所述移动控制机构与模拟实验盒2相连接，所述隔板10固定安装在装载盒 9内，所述装载盒9的底部开设有安装孔，所述送料管11固定安装在安装孔内，所述装载盒9的底部开设有连接孔，所述输送管12滑动安装在连接孔内，所述输送管12的两侧均开设有进水口，所述模拟实验盒2的内壁上固定安装有输送板34，所述装载盒9的底部固定安装有导料板28；
32.所述模拟实验盒2的一侧内壁上开设有通风孔，所述通风孔内固定安装有鼓风机33和滤网，所述装载盒9内转动安装有偏心轮14，偏心轮14与输送管12的顶端相接触，所述偏心轮14的一侧固定安装有锥齿轮二，所述装载盒9的顶部内壁上转动安装有旋转杆16和螺旋输送杆19，所述旋转杆16的两端分别固定安装有锥齿轮一15 和安装座一17，所述锥齿轮一15与锥齿轮二啮合，所述螺旋输送杆 19的顶端固定安装有安装座二20，安装座二20上套设有被动齿轮 21，所述安装一上套设有主动齿轮18，所述被动齿轮21与主动齿轮 18啮合，所述旋转杆16上固定安装有驱动轮二27，所述装载盒9的顶部固定安装有伺服电机25，所述伺服电机25的输出上固定安装有驱动轮一26，所述驱动轮一26与驱动轮二27啮合，所述输送管12 的两侧内壁上均滑动安装有阀板29，两个阀板29相互靠近的一侧固定安装有连接片，所述连接片上开设有螺纹孔二，所述输送管12内转动安装有丝杆二30，所述丝杆二30螺纹安装在螺纹孔二内，所述丝杆二30的底端固定安装有蜗轮二，所述输送管12上转动安装有控制杆，所述控制杆的两端分别固定安装有蜗杆二32和转动盘31，所述蜗杆二32与蜗轮二啮合；
33.移动控制机构包括平移座35、插杆36、丝杆三37和控制旋钮 38，所述模拟实验盒2的一侧开设有平移槽，所述移动板8的一侧固定安装有平移座35，所述平移座35滑动安装在平移槽内，所述平移座35的一侧开设有凹槽，所述凹槽内滑动安装有插杆36，所述平移槽的内壁上开设有若干个插槽，所述插杆36连接在插槽内，所述插杆36的一端开设有螺纹槽，所
述螺纹槽内螺纹连接有丝杆三37，所述丝杆三37的一端固定安装有控制旋钮38，所述调节机构5包括调节座501、支撑臂502、丝杆一503、蜗杆一504、蜗轮一505和调节旋钮506，所述模拟实验盒2的底部开设有安装槽，所述安装槽内转动安装有支撑臂502，所述实验控制底板1的顶部开设有调节槽，所述调节槽内滑动安装有调节座501，所述支撑臂502的一端转动连接在调节座501上，所述调节座501的一侧开设有螺纹孔一，所述调节槽的内壁上开设有连接槽，所述连接槽内转动安装有丝杆一503，所述丝杆一503螺纹安装在螺纹孔一内，所述丝杆一503上固定安装有蜗轮一505，所述连接槽内转动安装有固定杆，所述固定杆的两端分别固定连接有蜗杆一504和调节旋钮506，所述蜗杆一504与蜗轮一 505啮合。
34.本实施例中，所述连接孔内固定安装有密封圈，所述输送管12 与密封圈相接触，所述模拟实验盒2内固定安装有放置横板7。
35.本实施例中，所述输送管12的两侧均固定安装有辅助板，两个辅助板的顶端均固定安装有弹簧13，弹簧13固定连接在装载盒9的底部。
36.本实施例中，所述主动齿轮18上开设有固定孔，所述安装座一 17设置在固定孔内，所述固定孔的内壁上开设有两个卡槽，所述安装座一17上开设有两个移动槽，两个移动槽内均滑动安装有卡块22，所述卡块22安装在对应的卡槽内，两个卡块22的一端均固定安装有压簧，压簧固定安装在移动槽的内壁上，两个移动槽的内壁上开设有同一个控制孔，控制孔内转动安装有连接杆，连接杆两端分别固定安装有绕设轮23和调节轮24，所述绕设轮23上固定连接有两个拉绳，拉绳的一端固定连接在对应的卡块22上。
37.本实施例中，固定槽的内壁上开设有辅助槽，支撑座4上固定安装有固定块，固定块转动安装在辅助槽内，固定块可稳定支撑座4转动时的位置。
38.本实施例还提供一种河流发育物理沉积模拟实验方法，包括以下步骤：
39.s1：转动调节旋钮506可带动蜗杆一504转动，蜗杆一504控制蜗轮一505上的丝杆一503转动，丝杆一503控制调节座501移动，调节座501带动支撑臂502运动，支撑臂502带动模拟实验盒2发生转动，模拟实验盒2带动支撑座4转动，可以调节泥沙基底层3的倾斜角度，将流速传感器安装在放置横板7上，可对泥沙基底层3不同位置的流速进行监测，同时可以最大量延长河道长度和泥沙循环，减少加水时水动力造成的误差，研究分析并记录后得到水流强度与沉积量的曲线图，详细参数见图8；
40.s2：确定位置后转动控制旋钮38，控制旋钮38带动丝杆三37 转动，丝杆三37驱动插杆36滑出插槽，即可取消平移座35的固定限制，可以移动装载盒9，装载盒9带动移动板8移动，并调节装载盒9在模拟实验盒2上的使用位置，开启鼓风机33和伺服电机25，鼓风机33可将风吹送到泥沙基底层3上，加速基底层蒸发固结，伺服电机25带动驱动轮一26转动，驱动轮一26带动驱动轮二27转动，驱动轮二27带动旋转杆16转动，旋转杆16带动安装座一17和主动齿轮18转动，主动齿轮18带动被动齿轮21和螺旋输送杆19转动；
41.s3：螺旋输送杆19带动装载盒9内的沙粒从送料管11送到导料板28上，导料板28再将沙粒送到输送板34上，同时旋转杆16带动锥齿轮一15转动，锥齿轮一15带动锥齿轮二和偏心轮14转动，偏心轮14挤压输送管12，输送管12拉动弹簧13，弹簧13的弹性作用可带动输送管12复位，输送管12上的两个进水口进入装载盒9内时，装载盒9内的水从进水口进入并送入输送板34上，可以同时将沙粒和水混合输送，被动齿轮21和主动齿轮18的直径不同，使得沙粒的输送量和水的输送量不同；
42.s4：转动转动盘31可带动蜗杆二32转动，蜗杆二32带动蜗轮二和丝杆二30转动，丝杆二30带动连接片上的两个阀板29移动，阀板29可以调节进水口的开启大小，从而可调节水流大小，转动调节轮24可带动绕设轮23转动，绕设轮23带动两个拉绳绕设，拉绳可带动卡块22滑出卡槽，即可取消对主动齿轮18的固定，可以调整主动齿轮18与被动齿轮21的大小比例，输送板34对含沙水输送到泥沙基底层3上并模拟河流流水，便可对泥沙基底层3中的下游部分沉积状态进行观察和记录，同时记录泥沙基底层3上的泥沙量、加入量和排出量，从而计算出泥沙的沉积量与侵蚀量之间的关系，在模拟落差较大的区域中，流速快的部分下切作用强，相反，在模拟落差较小的区域中，流速快的部分下切作用较弱，研究分析并记录后得到泥沙加入量与侵蚀(沉积)量的曲线图，详细参数见图9；
43.综上所述，本发明提供的一种河流发育物理沉积模拟实验装置在工作时，转动调节旋钮506可带动蜗杆一504转动，蜗杆一504控制蜗轮一505上的丝杆一503转动，丝杆一503控制调节座501移动，调节座501带动支撑臂502运动，支撑臂502带动模拟实验盒2发生转动，模拟实验盒2带动支撑座4转动，可以调节泥沙基底层3的倾斜角度，将流速传感器安装在放置横板7上，可对泥沙基底层3不同位置的流速进行监测，确定位置后转动控制旋钮38，控制旋钮38带动丝杆三37转动，丝杆三37驱动插杆36滑出插槽，即可取消平移座35的固定限制，可以移动装载盒9，装载盒9带动移动板8移动，并调节装载盒9在模拟实验盒2上的使用位置，开启鼓风机33和伺服电机25，鼓风机33可将风吹送到泥沙基底层3上，伺服电机25 带动驱动轮一26转动，驱动轮一26带动驱动轮二27转动，驱动轮二27带动旋转杆16转动，旋转杆16带动安装座一17和主动齿轮 18转动，主动齿轮18带动被动齿轮21和螺旋输送杆19转动，螺旋输送杆19带动装载盒9内的沙粒从送料管11送到导料板28上，导料板28再将沙粒送到输送板34上，同时旋转杆16带动锥齿轮一15 转动，锥齿轮一15带动锥齿轮二和偏心轮14转动，偏心轮14挤压输送管12，输送管12拉动弹簧13，弹簧13的弹性作用可带动输送管12复位，输送管12上的两个进水口进入装载盒9内时，装载盒9 内的水从进水口进入并送入输送板34上，可以同时将沙粒和水混合输送，被动齿轮21和主动齿轮18的直径不同，使得沙粒的输送量和水的输送量不同，转动转动盘31可带动蜗杆二32转动，蜗杆二32 带动蜗轮二和丝杆二30转动，丝杆二30带动连接片上的两个阀板 29移动，阀板29可以调节进水口的开启大小，从而可调节水流大小，转动调节轮24可带动绕设轮23转动，绕设轮23带动两个拉绳绕设，拉绳可带动卡块22滑出卡槽，即可取消对主动齿轮18的固定，可以调整主动齿轮18与被动齿轮21的大小比例，输送板34对含沙水输送到泥沙基底层3上并模拟河流流水，便可对泥沙基底层3中的下游部分沉积状态进行观察和记录。
44.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。