阅读说明：本技术 适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置及方法 (Model test device and method suitable for three-dimensional tomography of multiple resistivity ) 是由 薛翊国 管理 刘轶民 苏茂鑫 公惠民 于 2020-06-16 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置及方法,装置包括底面挡板,底面挡板上设置有多个支撑柱,每个支撑柱可活动套接有至少一铰接扣,铰接扣上设置有多个铰接位；每两个支撑柱之间设置有竖直挡板,竖直挡板通过一铰接位定位,竖直挡板中可拆卸、平行设置有多块活动板；底面挡板上方设置有一分层挡板,分层挡板上设置有连接部,连接部和所述铰接位相配合,分层挡板可在水平方向上自由滑动,其上有一个注水口,分层挡板上分布有多个出水渗流孔,本公开可以模拟出不同地层的分界情况以及含水率等性质,介质可根据实际需要进行调整填充,介质在分层挡板后可以很好的耦合,模拟实际地层接触情况。(The utility model provides a model test device and a method suitable for three-dimensional tomography of various resistivities, wherein the device comprises a bottom baffle plate, a plurality of support columns are arranged on the bottom baffle plate, each support column is movably sleeved with at least one hinge buckle, and a plurality of hinge positions are arranged on the hinge buckles; a vertical baffle is arranged between every two support columns and positioned through a hinge position, and a plurality of movable plates are detachably and parallelly arranged in the vertical baffle; the bottom surface baffle top is provided with a layering baffle, is provided with connecting portion on the layering baffle, connecting portion with articulated phase cooperation, the layering baffle can freely slide on the horizontal direction, has a water filling port on it, and it has a plurality of play water seepage holes to distribute on the layering baffle, and this disclosure can simulate out the nature such as boundary condition and the moisture content in different stratum, and the medium can adjust the packing according to actual need, and the coupling that the medium can be fine behind the layering baffle simulates the actual stratum contact condition.)

适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置及方法

技术领域

本公开属于直流电法电法勘探技术领域，具体涉及一种适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

在当今的物探领域，各种各样的地球物理勘探方法种类繁多，诸如地质雷达、跨孔法、井地法、高密度电法、瞬变电磁法等都是工程现场较为常见的探测手段。上述物探方法往往只在某些范围具有良好的探测效果，方法本身也往往具有各自的缺陷。比如，地质雷达高频电磁波的反射信号中携带有地层介电常数信息，分辨能力强但探测深度有限；高密度电法一次探测获得的数据量多且对高阻异常响应较好，但受地形起伏影响较大。不同物探结果单独成像时，受各自精度和探测深度的局限，异常体边界的区分不明显或存在假异常干扰。探测结果并不准确。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置及方法，本公开可以模拟出不同地层的分界情况以及含水率等性质，介质可根据实际需要进行调整填充，介质在分层挡板抽离后可以很好的耦合，模拟实际地层接触情况。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置，包括底面挡板，底面挡板上设置有多个支撑柱，每个支撑柱可活动套接有至少一铰接扣，所述铰接扣上设置有多个铰接位；

每两个支撑柱之间设置有竖直挡板，所述竖直挡板通过平行的两个铰接位定位，所述竖直挡板中可拆卸、平行设置有多块活动板；

底面挡板上方设置有一分层挡板，所述分层挡板上设置有连接部，所述连接部和所述铰接位相配合，分层挡板可在水平方向上自由滑动；分层挡板上有一个注水口，分层挡板上分布有多个出水渗流孔。

通过底面挡板、竖直挡板形成一个具有容纳空间的模型试验箱，分层挡板的位置可变，且在水平向上自由滑动，可以方便的改变地层的性质或者地质异常体的性质进行多组实验以获取更多的实验数据，提高模拟的精确性。

作为可选择的实施方式，所述铰接扣具有三个延伸部，每个延伸部上分别设置有外侧竖直方向半封闭铰接孔、外侧竖直方向半封闭铰接孔、外侧水平方向半封闭铰接孔，所述铰接扣的中心位置设置有内部竖直方向封闭铰接孔。

作为可选择的实施方式，所述分层挡板外侧有圆柱形滑槽，所述圆柱形滑槽与铰接扣外侧水平方向上的半封闭铰接孔相连接。

作为可选择的实施方式，所述支撑柱穿过相应的内部竖直方向封闭铰接孔。

作为可选择的实施方式，所述外侧竖直方向半封闭铰接孔用于容纳外侧竖直挡板，所述外侧竖直挡板与所述竖直挡板连接。

作为可选择的实施方式，所述支撑柱上标有长度刻度。

作为可选择的实施方式，所述底面挡板与所述支撑柱之间通过螺丝固定。

作为可选择的实施方式，所述分层挡板的渗流孔分布于分层挡板下表面，且可以打开或者关闭渗流孔。

作为可选择的实施方式，所述铰接扣可以在支撑柱上沿竖直方向滑动；

所述活动板可沿着竖直挡板上下滑动。

上述装置的试验方法，包括以下步骤：

试验取样，选择满足实验条件的层状土；

将铰接扣安装到模型骨架的相应支撑柱上，然后安装四周的外侧竖直挡板，将竖直挡板与铰接扣连接，再将层状土分步倒入模型装置，结合实验模拟的地层厚度，确定往模型倾倒层状土的厚度，并根据模拟的地质异常体的位置和种类在层状土中放置对应的物体；

调节竖直挡板的活动板，使其空出一定空间，将分层挡板通过外侧竖直挡板空出的空间，与铰接扣上水平方向的铰接孔相连，安装分层挡板，根据模型需要确定是否需要向分层挡板的注水孔中注水以及相应的注水量；

在分层挡板的上部继续装入一定量的层状土，重复上述步骤，模拟出其他相应地层以及该地层中存在的地质异常体，所有地层模型构造完成之后，取出每一层的分层挡板，使不同地层相互耦合；

对该模型分别模拟跨孔法、井地法或/和高密度电法探测地质异常体的过程，获得实验数据，并通过特定的方法进行三维层析电阻率成像，获得成像结果。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开适用于模拟综合物探探测地质异常体的过程，可以模拟出不同地层的分界情况以及含水率等性质，介质可根据实际需要进行调整填充，介质在分层挡板后可以很好的耦合，模拟实际地层接触情况；同时该装置具有极大的灵活性，可以通过调节铰接扣的位置灵活调整各个模拟地层的厚度，如果条件允许采用橡胶等弹性材料作为分层挡板也可以模拟出断层之间的倾向倾角；试验装置的尺寸可根据实际需要进行更改，其他尺寸进行原比例调整。

本公开通过对地层实际情况(如地层含水率、地层厚度等)进行试验模拟，由于所填充介质的物理参数和性质已知，在对该实验模型进行正演时，所得出的影像可以为反演提供更好更加权威的解释，为实际生产中对于地质异常体的探测提供了更加便捷的条件。

本公开适用于模拟多种电阻率三维层析成像的过程，可以模拟出不同地层的分界情况以及含水率等性质，介质可根据实际需要进行调整填充，介质在分层挡板后可以很好的耦合，模拟实际地层接触情况；同时该装置具有极大的灵活性，可以通过调节铰接扣的位置灵活调整各个模拟地层的厚度，如果条件允许采用橡胶等弹性材料作为分层挡板也可以模拟出断层之间的倾向倾角；试验装置的尺寸可根据实际需要进行更改，其他尺寸进行原比例调整。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例的模型试验装置各组成结构示意图；

图2是本公开实施例的铰接扣各个铰接孔的示意图；

图3是本公开实施例的模型拼装示意图；

图4是本公开实施例的通过分层挡板对介质注水的示意图；

图5是本公开实施例的各层介质填充之后进行跨孔法实验模拟的完整结构图。

其中，1-底部挡板，2-支撑柱，3-模型骨架，4-铰接扣，5-分层挡板，6-分层挡板滑槽，7-注水孔，8-渗流孔，9-外侧竖直挡板，10-外侧框架，11-竖直挡板滑槽，12-活动板，13-注水装置，14-实验层状土，15-混凝土块，16-活动板空间，17-内部竖直方向封闭铰接孔，18-外侧竖直方向半封闭铰接孔，19-外侧水平方向半封闭铰接孔，20-素填土，21-淤泥质粉质层状土，22-全风化以及强风化岩层，23-中等风化岩层，24-地质异常体，25-实验电极，26-电法勘探设备，27-阀门。

具体实施方式

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下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

如图1所示，本实施例的一种适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置，包括：

模型骨架3，所述模型骨架的底面设置有底面挡板1，底面挡板作为整个装置的底部防止作为模型的层状土材料漏出；底面挡板的四角分别固定有四根支撑柱2；支撑柱上有刻度，用以标识各个地层深度或者地质异常体所处位置的深度。

如图2所示，铰接扣4，所述铰接扣具有四个铰接孔：铰接扣内部竖直方向封闭铰接孔用于连接铰接扣与模型骨架的支撑柱，铰接扣可以在支撑柱上滑动以调节高度；铰接扣外侧两个竖直方向半封闭铰接孔用于连接铰接扣与外侧竖直挡板；铰接扣外侧水平方向半封闭铰接孔用于连接铰接扣与水平分层挡板。

外侧竖直挡板9，如图3所示，外侧竖直挡板外侧有两个圆柱形滑槽11，与铰接扣外侧竖直方向上的半封闭铰接孔相连接；外侧竖直挡板外部为一个略大于模型尺寸的框架10，框架中有多块活动板12，活动板可沿着框架上下滑动，从而腾出一定空间方便分层挡板的操作。

分层挡板5，所述分层挡板外侧有两个圆柱形滑槽6，与铰接扣外侧水平方向上的半封闭铰接孔相连接，连接后分层挡板可在水平方向上自由滑动；分层挡板上有一个注水口7，板面上分布有多个出水渗流孔8，可以通过往该注水口注水，往模拟的地层中注水，调节模拟该地层的层状土材料的含水率与电阻率。面状分布的出水渗流孔保证了注水的均匀性。

在本实施例中，模型骨架由底板和四根垂直设置的支撑柱构成。

在本实施例中，每个支撑柱上标有长度刻度。

在本实施例中，底面挡板与支撑杆之间通过螺丝固定。

在本实施例中，外侧竖直挡板上具有刻度。

如图2所示，本实施例的铰接扣4具有四个铰接孔：铰接扣内部竖直方向封闭铰接孔17用于连接铰接扣与模型骨架的支撑柱2，铰接扣可以在支撑柱上滑动以调节高度；铰接扣外侧两个竖直方向半封闭铰接孔18用于连接铰接扣与外侧竖直挡板9的竖直挡板滑槽11；铰接扣外侧水平方向半封闭铰接孔19用于连接铰接扣与水平分层挡板5的滑槽6，分层挡板可以通过滑槽在水平方向移动。按上述方式将模型骨架、分层挡板、竖直挡板与铰接扣拼接如图3。

在本实施例中，铰接扣包括四个铰接孔，内部一个全封闭圆形竖直铰接孔，外侧两个半封闭水平铰接孔，一个半封闭竖直铰接孔。

在本实施例中，铰接孔分别用来连接铰接扣与支撑柱，分层挡板，竖直挡板。

在本实施例中，铰接扣可以在支撑柱上沿竖直方向滑动。

通过分层挡板对介质注水的示意图如图4。将模型骨架3与外侧竖直挡板9通过铰接扣4连接之后，构成了一个朝上部开口的半封闭空间，此时往模型里放入模拟地层的实验层状土材料14，在层状土材料中特定位置放入模拟地质异常体的混凝土块15，再调节一侧外侧竖直挡板的活动板12，使活动板12沿竖直挡板滑槽11向上运动，在空出一定的活动板空间16，再将分层挡板5通过活动板空间16与铰接扣4相连接。调节铰接扣在支撑柱上的位置，从而调节分层挡板的位置。分层挡板的位置固定好之后，将注水装置13与分层挡板上注水孔7相连，打开注水装置的阀门27，再打开分层挡板下表面上的渗流孔8，开始对模型中的介质注水，水通过分层挡板下表面上的渗流孔，以一定的流量均匀的注入层状土材料中。

在本实施例中，分层挡板可以通过外侧滑槽在水平方向滑动。

在本实施例中，分层挡板上设置有注水孔以及多个渗流孔。

在本实施例中，分层挡板的渗流孔分布于分层挡板下表面，且可以打开或者关闭渗流孔。

在本实施例中，渗流孔呈均匀面状分布于分层挡板上，从而使得水流均匀下渗。

在本实施例中，注水装置设置有一个注水阀门可以控制流水量。

各层介质填充注水完毕后，开始进行模型实验，模型实验示意图如图5。各层介质从上到下分别为素填土20，淤泥质粉质层状土21，全风化以及强风化岩层22，中等风化岩层23。并在模型中特定位置放置模拟的地质异常体24。装置上部插有模拟跨孔法的两根电极25，电极与层析成像设备26相连。

本实施例的适用于多种电阻率三维层析成像的模型试验装置的试验方法，包括：

步骤1：试验取样，选择满足实验条件的层状土；

步骤2：先将铰接扣安装到模型骨架的四个支撑柱上，然后安装四周的外侧竖直挡板，将竖直挡板与铰接扣连接，再将层状土倒入模型装置，结合实验模拟的地层厚度，根据支撑柱上的刻度确定往模型倾倒层状土的厚度，并根据模拟的地质异常体的位置和种类在层状土中放置对应的物体；

步骤3：调节外侧竖直挡板的活动板，使其空出一定空间，将分层挡板通过外侧竖直挡板空出的空间，与铰接扣上水平方向的铰接孔相连，安装分层挡板，根据模型需要确定是否需要向分层挡板的注水孔中注水以及相应的注水量；

步骤4：在分层挡板的上部继续装入一定量的层状土，重复上述步骤，模拟出其他相应地层以及该地层中存在的地质异常体，所有地层模型构造完成之后，取出每一层的分层挡板，使不同地层相互耦合；

步骤5：对该模型分别模拟跨孔法、井地法、高密度电法探测地质异常体的过程，获得实验数据，并通过特定的方法进行三维层析电阻率成像，获得成像结果。一次试验完毕后，改变地层的性质或者地质异常体的性质进行多组实验以获取更多的实验数据，提高模拟的精确性。

本实施例的模型试验装置适用于跨孔法、井地法、高密度电法探测地质异常体的情况，也可以用来模拟地层分界，介质可根据实际需要进行调整填充，介质在取出分层挡板后可以很好的耦合，模拟实际地层接触情况，试验装置的尺寸可根据实际需要进行更改，其他尺寸进行原比例调整。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。