[0001] 本发明涉及同沉积构造模拟技术领域，具体为一种同沉积构造物理模拟实验设备及方法。

[0002] 同沉积构造物理模拟实验是一种通过模拟自然界沉积过程中的各种物理条件，以研究沉积构造形成机制的实验方法，通过在实验箱内放置不同粒径和组成的沉积物颗粒，模拟沉积物在水流作用下的搬运、沉积和再沉积过程。实验过程中，研究人员可以通过观察沉积物的分布形态、沉积层序、沉积结构等特征，分析不同沉积条件下的沉积规律和构造特征，从而深入理解沉积构造的形成过程和演化机制。

[0003] 通常进行同沉积构造物理模拟实验，需要使用模拟实验设备。

[0004] 现有专利（公开号：CN202310034597.0）公开了一种地质特征研究用物理沉积模拟实验装置及实验方法，其中的地质特征研究用物理沉积模拟实验装置包括底板、水箱和试验箱，所述水箱固定安装在底板的顶部，试验箱固定安装在水箱的顶部，试验箱的顶部为开口构造，试验箱内放置有泥沙和多个卵石。上述设备中，模拟水流冲刷的叶片位置固定，可以模拟固定位置的水流不同强度，而对于模拟实际环境中的水流复杂变化效果不佳，难以更加真实理解水流变化对沉积物搬运和沉积形态的影响。

[0005] 鉴于此，我们提出一种同沉积构造物理模拟实验设备及方法。

[0021] 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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术工作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。

[0022] 请参阅图1至图15，本发明提供一种技术方案：一种同沉积构造物理模拟实验设备，包括装置外壳1，装置外壳1的内侧表面固定连接有模拟箱11，模拟箱11的外侧表面固定连接有视窗板111，模拟箱11的内侧表面固定连接有沉积平台112，所述装置外壳1的内侧表面固定连接有循环箱2，模拟箱11的内侧表面滑动连接有安装柱3，安装柱3的外侧表面固定连接有安装平台31，装置外壳1的顶部表面设置有导轨卡合机构4，安装平台31的顶部表面设置有波浪调节机构5，波浪调节机构5的外侧表面设置有输出水轮6，安装柱3的底部表面设置有水位调节机构7，模拟箱11的内侧表面设置有流量控制机构8，装置外壳1用于在外部支撑模拟箱11和循环箱2，沉积平台112用于放置用于模拟实验的泥沙碎屑颗粒，在模拟箱11运行的过程中，通过视窗板111观察内部沉积情况，循环箱2与模拟箱11之间通过流量控制机构8连接用于循环用水，安装柱3和安装平台31用于安装波浪调节机构5、输出水轮6、水位调节机构7，并可以跟随安装柱3在模拟箱11内移动和转动。

[0023] 导轨卡合机构4包括有导轨底座41，导轨底座41与装置外壳1的内侧表面固定连接，导轨底座41的顶部表面固定连接有卡合齿槽411，安装柱3的外侧表面转动连接有随动支架42，随动支架42的顶部表面固定连接有卡合气缸421，卡合气缸421的底部表面固定连接有挤压弹簧422，挤压弹簧422的底部表面固定连接有卡合座423，安装柱3的顶部表面固定连接有卡合槽424，通过导轨卡合机构4的设置，在使用的过程中，导轨底座41支撑安装柱3限制移动路径只可以直动，但不影响原地转动，随动支架42转动连接在安装柱3上之间可以发生相对转动，这样在安装柱3转动时随动支架42不会同步转动，只会跟随安装柱3移动，使得卡合座423始终与安装柱3处于同一高度，卡合气缸421先下压挤压弹簧422并推动卡合座423，由于挤压弹簧422可被压缩，卡合座423并不会被卡合气缸421完全压下，这样是由于卡合座423下压时，有时并不会恰好卡入卡合齿槽411和卡合槽424内，会跟随安装柱3再移动或转动一段距离，直至卡合座423与卡合齿槽411和卡合槽424对齐，此时在挤压弹簧422的作用下下压并卡住固定安装柱3的位置。

[0024] 导轨底座41的数量为两个，且两个导轨底座41以装置外壳1的中轴线为对称轴对称分布，安装柱3与导轨底座41的顶部表面滑动连接，卡合气缸421的输出端贯穿至卡合座423的内侧表面，且卡合气缸421的输出端与卡合座423的内侧表面滑动连接，卡合座423与卡合槽424和卡合齿槽411均滑动连接，对称的导轨底座41支撑安装柱3的两侧。

[0025] 波浪调节机构5包括有固定底座51，固定底座51与安装平台31的顶部表面固定连接，固定底座51的内侧表面转动连接有输出盘511，输出盘511的外侧表面滑动连接有顶出弹簧512，固定底座51的外侧表面固定连接有限位杆513，固定底座51的内侧表面转动连接有输出轴52，输出轴52的外侧表面开有卡合凸起521，输出轴52的一端固定连接有水轮轴522，固定底座51的外侧表面固定连接有调节气缸53，调节气缸53的输出端固定连接有升降底座54，升降底座54的内侧表面转动连接有调节盘541，升降底座54的外侧表面固定连接有驱动电机542，升降底座54的外侧表面固定连接有限位卡槽543，通过波浪调节机构5的设置，在使用的过程中，两组波浪调节机构5分别安装在安装平台31的两侧，用于分别控制两侧的输出水轮6，输出盘511与调节盘541之间紧密贴合且具有一定的摩擦，在调节盘541转动时会带动输出盘511转动相当于一对齿轮，摩擦的位置为分度圆尺寸，输出盘511摩擦的位置不变，调节盘541会随着下降摩擦的位置越向内靠近，输出盘511向内靠近，则摩擦的位置越靠近调节盘541的轴心，则相当于调节盘541的分度圆半径减少，而调节盘541的转动速度不变，与输出盘511之间的传动比增加，输出盘511减速，反之则加速，从而无级调节输出盘511的转速，输出盘511在输出轴52上可以滑动，通过卡合凸起521的作用不可以相对转动，输出盘511的转动会带动输出轴52转动，并将转动最终输出到水轮轴522和输出水轮6处。

[0026] 固定底座51的数量为两个，且两个固定底座51以安装平台31的中轴线为对称轴对称分布，输出盘511在每个固定底座51内的数量为两个，且两个输出盘511以固定底座51的中轴线为对称轴对称分布，输出轴52和卡合凸起521贯穿输出盘511且与其内壁滑动连接，顶出弹簧512套设于输出轴52的外侧表面，驱动电机542的输出端贯穿至升降底座54的内侧表面，且驱动电机542的输出端与升降底座54的内侧表面转动连接，调节盘541与驱动电机542的输出端固定连接，限位杆513与限位卡槽543的内侧表面滑动连接，水轮轴522与输出水轮6固定连接，所述输出盘511与调节盘541接触。

[0027] 水位调节机构7包括有连接外壳71，连接外壳71与安装柱3的外侧表面转动连接，连接外壳71的内侧表面转动连接有从动转盘711，从动转盘711的内侧表面开设有棘轮槽712，安装柱3的底部表面固定连接有驱动气缸72，驱动气缸72的输出端固定连接有棘爪转盘721，棘爪转盘721的外侧表面转动连接有主动棘爪722，从动转盘711的底部表面固定连接有连接套筒73，连接套筒73的底部表面固定连接有主动蜗杆74，主动蜗杆74的外侧表面啮合有从动蜗轮741，从动蜗轮741的两端固定连接有外转动盘742，外转动盘742的外侧表面固定连接有缠绕柱7421，连接外壳71的内侧表面固定连接有固定轴75，缠绕柱7421的外侧表面固定连接有牵引绳76，牵引绳76的另一端固连接有滑动牵引座761，模拟箱11的内侧表面滑动连接有内侧板77，内侧板77的外侧表面开设有牵引滑动槽771，内侧板77的内侧表面固定连接有密封垫78，密封垫78的内侧表面滑动连接有弹簧安装杆781，弹簧安装杆781的外侧表面套设有复位弹簧782，通过水位调节机构7的设置，在使用的过程中，连接外壳71转动连接在安装柱3上之间可以发生相对转动，这样在安装柱3转动时，连接外壳71不会同步转动只会跟随安装柱3移动，连接外壳71上的从动转盘711只有在安装柱3和棘爪转盘721的驱动下才能转动，且转动方向由棘轮槽712和主动棘爪722控制，通过驱动气缸72推拉棘爪转盘721切换啮合的棘轮槽712和主动棘爪722实现正反转，并拉动两侧的内侧板77控制水位，当顶部的啮合时，此时若安装柱3逆时针转动，主动棘爪722推动从动转盘711转动，在主动蜗杆74和从动蜗轮741的作用下收卷牵引绳76，内侧板77被向内拉动并压缩复位弹簧
782水位上升，当水位上升到所需高度后，此时顺时针转动时主动棘爪722被压入棘爪转盘
721内部不会带动从动转盘711转动，内侧板77不会被拉动，复位弹簧782虽然会向外拉动内侧板77，但在经过主动蜗杆74和从动蜗轮741时，通过蜗杆蜗轮的自锁作用，无法通过从动蜗轮741驱动主动蜗杆74，则内侧板77的位置被固定，此时安装柱3顺时针转动可以在水位被维持的状态下转动调整输出水轮6的角度，而需要水位下降时，驱动气缸72带动底部的棘轮槽712和主动棘爪722啮合，此时顺时针转动无用，而逆时针转动会将牵引绳76从固定轴
75上逐渐放开，并在复位弹簧782的作用下内侧板77复位，水位下降。

[0028] 棘轮槽712在从动转盘711上的数量为两个，且两个棘轮槽712的方向相反，棘爪转盘721在驱动气缸72输出端上的数量为两个，主动棘爪722的数量为两个，且两个主动棘爪722的方向相反，棘轮槽712与主动棘爪722啮合，从动蜗轮741与固定轴75转动连接，牵引绳
76贯穿固定轴75，且牵引绳76缠绕于固定轴75的外侧表面，内侧板77的数量为两个，且两个内侧板77以模拟箱11的中轴线为对称轴对称分布，滑动牵引座761与牵引滑动槽771的内侧表面滑动连接，弹簧安装杆781贯穿内侧板77，弹簧安装杆781在每个内侧板77上的数量为两个，且两个弹簧安装杆781以内侧板77的中轴线为对称轴对称分布，弹簧安装杆781与模拟箱11的内侧表面固定连接，上下的棘轮槽712和主动棘爪722分别控制正反转，安装柱3会移动，固牵引绳76另一端的滑动牵引座761可以在内侧板77上的牵引滑动槽771内滑动，以适应不同的位置，内侧板77可以在弹簧安装杆781上滑动并安装复位弹簧782，内侧板77与弹簧安装杆781的连接处安装密封垫78，防止在向内移动抬升水位时水从连接处流出。

[0029] 流量控制机构8包括有排水槽81，排水槽81开设于模拟箱11的内侧表面，排水槽81的底部表面固定连接有连接箱811，连接箱811的内侧表面固定连接有引流板812，引流板812的外侧表面开设有排水孔813，排水槽81的内侧表面滑动连接有阻挡板82，阻挡板82的内侧表面固定连接有输出管道83，输出管道83的另一端固定连接有循环泵831，通过流量控制机构8的设置，与水位调节机构7联动，当水位升高的同时减少水流排出，控制水流量，维持高水位状态，水经过连接箱811上的引流板812滑落至排水孔813，并输出到循环箱2内供水循环使用。

[0030] 排水槽81贯穿模拟箱11，连接箱811与模拟箱11的内侧表面固定连接，连接箱811的底部表面与循环箱2固定连接，排水孔813贯穿引流板812，阻挡板82与内侧板77固定连接，循环泵831与循环箱2的外侧表面固定连接，循环泵831的输入端贯穿至循环箱2的内侧表面。

[0031] 本实施例中，如图1、图2所示，装置外壳1用于在外部支撑模拟箱11和循环箱2，沉积平台112用于放置用于模拟实验的泥沙碎屑颗粒，在模拟箱11运行的过程中，通过视窗板111观察内部沉积情况；
本实施例中，如图3所示，安装柱3和安装平台31用于安装波浪调节机构5、输出水轮6、水位调节机构7，并可以跟随安装柱3在模拟箱11内移动和转动；
本实施例中，如图4所示，随动支架42转动连接在安装柱3上之间可以发生相对转
动，安装柱3转动时随动支架42不会同步转动，只会跟随安装柱3移动，卡合座423并被卡合气缸421和挤压弹簧422压下后，卡合座423与卡合齿槽411和卡合槽424对齐并被卡住；
本实施例中，如图5所示，两组波浪调节机构5分别安装在安装平台31的两侧，用于分别控制两侧的输出水轮6；
本实施例中，如图6、图7、图8所示，控制调节气缸53伸缩改变输出盘511与调节盘
541的间距，输出盘511摩擦的位置不变，调节盘541会随着下降摩擦的位置越向内靠近，输出盘511向内靠近，则摩擦的位置越靠近调节盘541的轴心，则相当于调节盘541的分度圆半径减少，而调节盘541的转动速度不变，与输出盘511之间的传动比增加，输出盘511减速；
本实施例中，如图9、图10所示，连接外壳71上的从动转盘711只有在安装柱3和棘爪转盘721的驱动下才能转动，通过驱动气缸72推拉棘爪转盘721切换啮合的棘轮槽712和主动棘爪722实现正反转，在主动蜗杆74和从动蜗轮741的作用下收放牵引绳76，内侧板77被拉动控制水位升降；
本实施例中，如图11所示，主动棘爪722与棘轮槽712设置有两对且方向相反，分别对应两个方向的转动；
本实施例中，如图12所示，从动蜗轮741带动两侧的外转动盘742和缠绕柱7421转
动，会将牵引绳76缠绕在固定轴75的表面。

[0032] 本实施例中，如图13、图14、图15所示，循环箱2与模拟箱11之间通过流量控制机构8连接用于循环用水，当内侧板77向内靠近的过程中，带动阻挡板82逐渐阻挡排水槽81，排水槽81通流面积减少，则排水量也减少。

[0033] 一种同沉积构造物理模拟实验设备的使用方法，包括如下步骤：S1、将已配比好的泥沙碎屑颗粒放入沉积平台112上，为模拟箱11与循环箱2内注
入水，通过外部的视窗板111观察内部的沉积情况；
S2、初始状态下卡合气缸421收起，此时启动驱动电机542带动调节盘541转动，调节盘541带动输出盘511转动，并带动输出轴52带动外侧的水轮轴522和输出水轮6转动，输出水轮6向两侧推动内部液体流动，从而模拟水流冲刷的效果，驱动电机542控制调节盘541及输出水轮6的正反转，当输出水轮6转向相同时，两侧输出水轮6会带动安装平台31向前或向后移动，从而改变波浪的位置，而当两侧输出水轮6转向相反时会带动安装平台31在原地转动，安装平台31通过顶部的安装柱3搭在导轨底座41表面，从而限制移动范围且不影响转动和移动，当无需变化水流的位置或角度时卡合气缸421下降，带动卡合座423卡在卡合槽
424和卡合齿槽411的表面，此时安装平台31的角度和位置被锁定，实现模拟不同位置不同角度的水流冲刷的效果；
S3、在输出水轮6转动的过程中，此时可以控制调节气缸53伸缩改变输出盘511与
调节盘541的间距，输出盘511可以在输出轴52上滑动，但内侧会被顶出弹簧512向外顶开，而外侧会被调节盘541阻挡，调节盘541表面为倾斜面，当调节盘541移动时，靠近输出盘511时则会向内挤压，此时输出盘511在调节盘541上的接触点，到调节盘541轴心距离会减少，则相当于与输出盘511啮合处的直径减少，输出盘511与调节盘541之间的传动比增加，而当远离输出盘511时，与输出盘511啮合处的直径增加，则传动比减少，这样驱动电机542的转速无需变化，就可以调节输出盘511的转速，从而控制输出水轮6模拟水流冲刷的大小，当两侧输出水轮6转速不同时，起到差速效果也会带动安装平台31转动，且转动速度由差速来决定，实现控制模拟水流的转动速度、移动速度和强度的效果；
S4、安装柱3转动的过程中，会带动底部的驱动气缸72和棘爪转盘721、主动棘爪
722转动，主动棘爪722与棘爪转盘721内棘轮槽712啮合形成棘轮结构，实现棘爪转盘721只可朝一个方向转动，主动棘爪722与棘轮槽712设置有两对且方向相反，分别对应两个方向的转动，通过驱动气缸72棘爪转盘721推拉棘爪转盘721控制当前啮合的主动棘爪722与棘轮槽712，同一时间只有一对主动棘爪722与棘轮槽712啮合，棘爪转盘721转动的过程中会通过连接套筒73带动主动蜗杆74和从动蜗轮741转动，而反向转动时不起作用，从动转盘
711停转以维持当前状态，从动蜗轮741带动两侧的外转动盘742和缠绕柱7421转动的过程中，由于固定轴75固定不动，会将牵引绳76缠绕在固定轴75的表面，并将两侧的内侧板77向内拉动并压缩复位弹簧782，当棘爪转盘721停止转动时，由于主动蜗杆74和从动蜗轮741有自锁的效果，内侧板77不会拉动棘爪转盘721反转，内侧板77需要向外移动时需要先通过驱动气缸72切换棘爪转盘721的转动方向，并通过复位弹簧782的作用向两侧推开，当内侧板
77向内靠近时，会将模拟箱11内的液体向内推动，此时内部容积减少液体的液位升高，向外移动时液位减少从而模拟水位的涨落的效果，模拟箱11内部的水通过排水槽81进入到循环箱2内，并通过循环泵831和输出管道83再次输入到模拟箱11，当内侧板77向内靠近的过程中，带动阻挡板82逐渐阻挡排水槽81，排水槽81通流面积减少，则排水量也减少，实现模拟自然水流的涨落情况，并且可以调节水位高度。

[0034] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。