一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构

摘要

一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，子弹与入射杆具有两种配合方式；第一种配合方式下，子弹与入射杆分离设置，入射杆前端面安装PVDF压电薄膜传感器，杆体后端面安装整形片，入射杆顶靠接触岩石试样；第二种配合方式下，子弹前端面与入射杆后端面对接构成加长型子弹，对接处套装拼接套管，入射杆与岩石试样分离设置，入射杆前端面安装整形片，整形片外表面安装PVDF压电薄膜传感器；子弹发射通过特制气路结构实现；入射杆外套装可直线位移的单次脉冲质量块，单次脉冲质量块入射杆穿装孔内孔壁开设有环形凹槽，入射杆上设有环形凸台，环形凸台位于环形凹槽内，环形凸台轴向厚度小于环形凹槽轴向宽度，凸台与凹槽之间形成入射杆轴向微动间隙。

权利要求

1.一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，其特征在于：包括发射台、气缸、炮管、子弹及入射杆；所述炮管水平架设在发射台后侧，气缸安装在炮管后部，子弹位于炮管内，且炮管内的子弹上套装有聚乙烯减摩套；所述入射杆通过入射杆支撑座水平架设在发射台前侧；所述子弹与入射杆之间具有两种配合方式；在第一种配合方式下，所述子弹与入射杆彼此分离设置，在入射杆的杆体前端面安装PVDF压电薄膜传感器，入射杆的杆体前端面通过PVDF压电薄膜传感器顶靠接触在岩石试样上，在入射杆的杆体后端面安装整形片；在第二种配合方式下，所述子弹的前端面与入射杆的后端面顶靠接触对接在一起，且对接在一起的子弹和入射杆共同构成加长型子弹，在子弹与入射杆的对接处外部套装有拼接套管，拼接套管相对于子弹和入射杆具有轴向滑移自由度，入射杆的前端面与岩石试样彼此分离设置，在入射杆的前端面安装整形片，在整形片外表面安装PVDF压电薄膜传感器；在所述入射杆的杆体外套装有单次脉冲质量块，单次脉冲质量块采用分体组合式结构，在单次脉冲质量块的入射杆穿装孔内孔壁开设有环形凹槽，在入射杆的杆体上设置有环形凸台，环形凸台位于环形凹槽内，环形凸台的轴向厚度小于环形凹槽的轴向宽度，使环形凸台与环形凹槽之间形成入射杆轴向微动间隙；在所述单次脉冲质量块下方的发射台上安装有滑轨，滑轨采用平行双轨结构，滑轨与入射杆相平行，在滑轨上设置有滑块，在滑块上水平固连有滑台，所述单次脉冲质量块固连在滑台上表面，单次脉冲质量块相对于滑轨具有直线移动自由度。

2.根据权利要求1所述的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，其特征在于：在所述发射台侧方的地面上设置有空压机和控制台，在控制台上设置有第一按钮开关和第二按钮开关，在所述炮管下方的发射台内设置有气瓶、第一气控阀和第二气控阀；所述气缸水平设置，在气缸内部设有前腔室和后腔室，活塞杆密封穿过前腔室与后腔室的隔板，位于前腔室的活塞杆端部安装有炮管密封堵头，在前腔室的轴向缸壁上开设有发射出气口，所述炮管后部的进气端管口与发射出气口密封连通，在前腔室的径向缸壁上开设有发射进气口，发射进气口通过发射进气管与气瓶的出气口密封连通；位于所述后腔室的活塞杆端部安装有活塞盘，活塞盘将后腔室分隔成有杆腔和无杆腔，活塞盘的直径大于炮管密封堵头的直径；所述第一按钮开关和第二按钮开关结构相同，其上均包括进气口、常开出气口、常闭出气口及泄压口，泄压口直接与大气连通；所述空压机的供气口以三路输出，第一路与第一按钮开关的进气口相连通，第二路与第一气控阀的进气口相连通，第三路与气瓶的进气口相连通；所述第一按钮开关的常开出气口与气缸后腔室的无杆腔相连通，第一按钮开关的常闭出气口与第二按钮开关的进气口相连通，第二按钮开关的常开出气口以两路输出，第一路与第一气控阀的闭阀气控口相连通，第二路与第二气控阀的开阀气控口相连通；所述第二按钮开关的常闭出气口以两路输出，第一路与第一气控阀的开阀气控口相连通，第二路与第二气控阀的闭阀气控口相连通；所述第一气控阀的出气口以两路输出，第一路与第二气控阀的进气口相连通，第二路与气缸后腔室的有杆腔相连通；所述第二气控阀的出气口与大气相连通。

3.根据权利要求1所述的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，其特征在于：在所述发射台侧方的地面上设置有真空泵，在所述炮管后端管体上以及拼接套管中部管体上均开设有抽气口，两处抽气口均与真空泵相连，通过真空泵对炮管和拼接套管的管腔进行抽真空，通过抽真空使炮管内的子弹在负压作用下自动后退至发射位置，通过抽真空使拼接套管内的子弹与入射杆自动顶靠接触对接在一起。

4.根据权利要求1所述的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，其特征在于：与所述炮管出口相邻的发射台上安装有子弹测速仪，在单次脉冲质量块前侧的发射台上安装有入射杆测速仪；在所述发射台侧方的地面上设置有电荷放大器，所述PVDF压电薄膜传感器的信号输出端与电荷放大器相连，电荷放大器的电压信号接入示波器或计算机。

5.根据权利要求1所述的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，其特征在于：在所述发射台侧方安装有入射杆承放台，通过入射杆承放台放置暂未使用的入射杆；在所述发射台上方设置有龙门吊，通过龙门吊对入射杆进行安装和拆卸。

说明书

一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构

技术领域

[0001] 本发明属于岩石室内力学试验技术领域，特别是涉及一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构。

背景技术

[0002] 在深部岩石工程施工过程中，由于爆破开挖具有开挖效率高和经济性好的特点，其目前始终作为最主要的开挖方式之一。爆破根据其产生的应力特征的不同，主要可以分
为三个区域，包括爆破冲击波区域、爆破应力波区域及爆破弹性波区域。

[0003] 爆破冲击波的应力幅值超过岩体强度，其可对岩体直接进行破碎。爆破应力波的应力幅值低于岩体强度，但其反复对岩体作用，也会造成岩体的持续开裂，最终导致岩体失
稳，目前主要通过爆破振动仪的现场监测来研究爆破应力波。爆破弹性波的应力幅值最低，
其对岩体的影响最小。

[0004] 根据现有的研究成果可知，当深部岩石进行爆破开挖时，爆破应力波的主频范围约为100Hz～500Hz，爆破应力波的应力幅值范围约为0.1MPa～30MPa。从应变率角度来看，
爆破应力波的应变率处于静态应力的低应变率与动态冲击应力的中高应变率之间的中间
范围。

[0005] 目前，在岩石室内力学试验中，爆破冲击波可以通过传统的霍普金森杆试验设备实现模拟，爆破弹性波可以通过现有的低频动态设备实现模拟。但是，爆破应力波的模拟却
出现了问题，采用传统的霍普金森杆试验设备时会导致低应力幅值特征难以到达要求，采
用传统的液压设备则达不到其频率特征。另外，想要模拟爆破应力波，其试验设备的长度又
不能太长，因为试验设备如果过长，不但将对试验场地的选取带来难度，而且会给设备的安
装维护造成不便。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，通过子弹低速发射实现低应力幅值特征的模拟，通过杆拼接方式实现特定频率特
征的模拟，并且杆拼接方式还有效缩短了设备长度，有效节省了设备的占地空间，降低了选
取试验场地的难度，使设备的安装维护更加容易。

[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，包括发射台、气缸、炮管、子弹及入射杆；所述炮管水平架设在发射台后
侧，气缸安装在炮管后部，子弹位于炮管内，且炮管内的子弹上套装有聚乙烯减摩套；所述
入射杆通过入射杆支撑座水平架设在发射台前侧；所述子弹与入射杆之间具有两种配合方
式；在第一种配合方式下，所述子弹与入射杆彼此分离设置，在入射杆的杆体前端面安装
PVDF压电薄膜传感器，入射杆的杆体前端面通过PVDF压电薄膜传感器顶靠接触在岩石试样
上，在入射杆的杆体后端面安装整形片；在第二种配合方式下，所述子弹的前端面与入射杆
的后端面顶靠接触对接在一起，且对接在一起的子弹和入射杆共同构成加长型子弹，在子
弹与入射杆的对接处外部套装有拼接套管，拼接套管相对于子弹和入射杆具有轴向滑移自
由度，入射杆的前端面与岩石试样彼此分离设置，在入射杆的前端面安装整形片，在整形片
外表面安装PVDF压电薄膜传感器；在所述入射杆的杆体外套装有单次脉冲质量块，单次脉
冲质量块采用分体组合式结构，在单次脉冲质量块的入射杆穿装孔内孔壁开设有环形凹
槽，在入射杆的杆体上设置有环形凸台，环形凸台位于环形凹槽内，环形凸台的轴向厚度小
于环形凹槽的轴向宽度，使环形凸台与环形凹槽之间形成入射杆轴向微动间隙；在所述单
次脉冲质量块下方的发射台上安装有滑轨，滑轨采用平行双轨结构，滑轨与入射杆相平行，
在滑轨上设置有滑块，在滑块上水平固连在滑台，所述单次脉冲质量块固连在滑台上表面，
单次脉冲质量块相对于滑轨具有直线移动自由度。

[0008] 在所述发射台侧方的地面上设置有空压机和控制台，在控制台上设置有第一按钮开关和第二按钮开关，在所述炮管下方的发射台内设置有气瓶、第一气控阀和第二气控阀；
所述气缸水平设置，在气缸内部设有前腔室和后腔室，活塞杆密封穿过前腔室与后腔室的
隔板，位于前腔室的活塞杆端部安装有炮管密封堵头，在前腔室的轴向缸壁上开设有发射
出气口，所述炮管后部的进气端管口与发射出气口密封连通，在前腔室的径向缸壁上开设
有发射进气口，发射进气口通过发射进气管与气瓶的出气口密封连通；位于所述后腔室的
活塞杆端部安装有活塞盘，活塞盘将后腔室分隔成有杆腔和无杆腔，活塞盘的直径大于炮
管密封堵头的直径；所述第一按钮开关和第二按钮开关结构相同，其上均包括进气口、常开
出气口、常闭出气口及泄压口，泄压口直接与大气连通；所述空压机的供气口以三路输出，
第一路与第一按钮开关的进气口相连通，第二路与第一气控阀的进气口相连通，第三路与
气瓶的进气口相连通；所述第一按钮开关的常开出气口与气缸后腔室的无杆腔相连通，第
一按钮开关的常闭出气口与第二按钮开关的进气口相连通，第二按钮开关的常开出气口以
两路输出，第一路与第一气控阀的闭阀气控口相连通，第二路与第二气控阀的开阀气控口
相连通；所述第二按钮开关的常闭出气口以两路输出，第一路与第一气控阀的开阀气控口
相连通，第二路与第二气控阀的闭阀气控口相连通；所述第一气控阀的出气口以两路输出，
第一路与第二气控阀的进气口相连通，第二路与气缸后腔室的有杆腔相连通；所述第二气
控阀的出气口与大气相连通。

[0009] 在所述发射台侧方的地面上设置有真空泵，在所述炮管后端管体上以及拼接套管中部管体上均开设有抽气口，两处抽气口均与真空泵相连，通过真空泵对炮管和拼接套管
的管腔进行抽真空，通过抽真空使炮管内的子弹在负压作用下自动后退至发射位置，通过
抽真空使拼接套管内的子弹与入射杆自动顶靠接触对接在一起。

[0010] 与所述炮管出口相邻的发射台上安装有子弹测速仪，在单次脉冲质量块前侧的发射台上安装有入射杆测速仪；在所述发射台侧方的地面上设置有电荷放大器，所述PVDF压
电薄膜传感器的信号输出端与电荷放大器相连，电荷放大器的电压信号接入示波器或计算
机。

[0011] 在所述发射台侧方安装有入射杆承放台，通过入射杆承放台放置暂未使用的入射杆；在所述发射台上方设置有龙门吊，通过龙门吊对入射杆进行安装和拆卸。

[0012] 本发明的有益效果：

[0013] 本发明的满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，通过子弹低速发射实现低应力幅值特征的模拟，通过杆拼接方式实现特定频率特征的模拟，并且杆拼接方式还有效
缩短了设备长度，有效节省了设备的占地空间，降低了选取试验场地的难度，使设备的安装
维护更加容易。

附图说明

[0014] 图1为本发明的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构(子弹与入射杆采用彼此分离设置的配合方式)的结构示意图；

[0015] 图2为本发明的一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构(子弹和入射杆采用相互对接的配合方式共同构成加长型子弹)的结构示意图；

[0016] 图3为本发明的单次脉冲质量块、入射杆、滑轨、滑块及滑台的配装示意图；

[0017] 图4为本发明的气缸、第一按钮开关、第二按钮开关、气瓶、第一气控阀及第二气控阀的气路连接原理图；

[0018] 图中，1—发射台，2—气缸，3—炮管，4—子弹，5—入射杆，6—入射杆支撑座，7—拼接套管，8—单次脉冲质量块，9—滑轨，10—滑块，11—滑台，12—空压机，13—控制台，
14—第一按钮开关，15—第二按钮开关，16—气瓶，17—第一气控阀，18—第二气控阀，19—
前腔室，20—后腔室，21—炮管密封堵头，22—发射出气口，23—发射进气管，24—活塞盘，
25—真空泵，26—子弹测速仪，27—入射杆测速仪，28—电荷放大器，29—龙门吊，30—环形
凹槽，31—环形凸台，32—活塞杆，33—入射杆承放台。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

[0020] 如图1～4所示，一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构，包括发射台1、气缸2、炮管3、子弹4及入射杆5；所述炮管3水平架设在发射台1后侧，气缸2安装在炮管3后
部，子弹4位于炮管3内，且炮管3内的子弹4上套装有聚乙烯减摩套，通过聚乙烯减摩套降低
炮管3与子弹4之间的摩擦力，炮管3内表面采用珩磨方式加工，用以降低聚乙烯减摩套与炮
管3内表面之间的摩擦力；所述入射杆5通过入射杆支撑座6水平架设在发射台1前侧；所述
子弹4与入射杆5之间具有两种配合方式；在第一种配合方式下，所述子弹4与入射杆5彼此
分离设置，在入射杆5的杆体前端面安装PVDF压电薄膜传感器，入射杆5的杆体前端面通过
PVDF压电薄膜传感器顶靠接触在岩石试样上，在入射杆5的杆体后端面安装整形片；在第二
种配合方式下，所述子弹4的前端面与入射杆5的后端面顶靠接触对接在一起，且对接在一
起的子弹4和入射杆5共同构成加长型子弹，在子弹4与入射杆5的对接处外部套装有拼接套
管7，拼接套管7相对于子弹4和入射杆5具有轴向滑移自由度，入射杆5的前端面与岩石试样
彼此分离设置，在入射杆5的前端面安装整形片，在整形片外表面安装PVDF压电薄膜传感
器；在所述入射杆5的杆体外套装有单次脉冲质量块8，单次脉冲质量块8采用分体组合式结
构，在单次脉冲质量块8的入射杆穿装孔内孔壁开设有环形凹槽30，在入射杆5的杆体上设
置有环形凸台31，环形凸台31位于环形凹槽30内，环形凸台31的轴向厚度小于环形凹槽30
的轴向宽度，使环形凸台31与环形凹槽30之间形成入射杆轴向微动间隙；在所述单次脉冲
质量块8下方的发射台1上安装有滑轨9，滑轨9采用平行双轨结构，滑轨9与入射杆5相平行，
在滑轨9上设置有滑块10，在滑块10上水平固连在滑台11，所述单次脉冲质量块8固连在滑
台11上表面，单次脉冲质量块8相对于滑轨9具有直线移动自由度。

[0021] 在所述发射台1侧方的地面上设置有空压机12和控制台13，在控制台13上设置有第一按钮开关14和第二按钮开关15，在所述炮管3下方的发射台1内设置有气瓶16、第一气
控阀17和第二气控阀18；所述气缸2水平设置，在气缸2内部设有前腔室19和后腔室20，活塞
杆32密封穿过前腔室19与后腔室20的隔板，位于前腔室19的活塞杆端部安装有炮管密封堵
头21，在前腔室19的轴向缸壁上开设有发射出气口22，所述炮管3后部的进气端管口与发射
出气口22密封连通，在前腔室19的径向缸壁上开设有发射进气口15，发射进气口15通过发
射进气管23与气瓶16的出气口密封连通；位于所述后腔室20的活塞杆端部安装有活塞盘
24，活塞盘24将后腔室20分隔成有杆腔和无杆腔，活塞盘24的直径大于炮管密封堵头21的
直径；所述第一按钮开关14和第二按钮开关15结构相同，其上均包括进气口、常开出气口、
常闭出气口及泄压口，泄压口直接与大气连通；所述空压机12的供气口以三路输出，第一路
与第一按钮开关14的进气口相连通，第二路与第一气控阀17的进气口相连通，第三路与气
瓶16的进气口相连通；所述第一按钮开关14的常开出气口与气缸2后腔室20的无杆腔相连
通，第一按钮开关14的常闭出气口与第二按钮开关15的进气口相连通，第二按钮开关15的
常开出气口以两路输出，第一路与第一气控阀17的闭阀气控口相连通，第二路与第二气控
阀18的开阀气控口相连通；所述第二按钮开关15的常闭出气口以两路输出，第一路与第一
气控阀17的开阀气控口相连通，第二路与第二气控阀18的闭阀气控口相连通；所述第一气
控阀17的出气口以两路输出，第一路与第二气控阀18的进气口相连通，第二路与气缸2后腔
室20的有杆腔相连通；所述第二气控阀18的出气口与大气相连通。本实施例中，第一气控阀
17和第二气控阀18的型号为RAT052DA F02/F05‑N11，工作压力范围为0.3MPa～0.8MPa；第
一按钮开关14的型号为M5PL210‑08，工作压力范围为0～1.0MPa；第二按钮开关15的型号为
4H210‑08，工作压力范围为0.15MPa～0.8MPa。

[0022] 在所述发射台1侧方的地面上设置有真空泵25，在所述炮管3后端管体上以及拼接套管7中部管体上均开设有抽气口，两处抽气口均与真空泵25相连，通过真空泵25对炮管3
和拼接套管7的管腔进行抽真空，通过抽真空使炮管3内的子弹4在负压作用下自动后退至
发射位置，通过抽真空使拼接套管7内的子弹4与入射杆5自动顶靠接触对接在一起。

[0023] 与所述炮管3出口相邻的发射台1上安装有子弹测速仪26，在单次脉冲质量块8前侧的发射台1上安装有入射杆测速仪27；在所述发射台1侧方的地面上设置有电荷放大器
28，所述PVDF压电薄膜传感器的信号输出端与电荷放大器28相连，电荷放大器28的电压信
号接入示波器或计算机。

[0024] 在所述发射台1侧方安装有入射杆承放台，通过入射杆承放台放置暂未使用的入射杆5；在所述发射台1上方设置有龙门吊29，通过龙门吊29对入射杆5进行安装和拆卸。

[0025] 下面结合附图说明本发明的应用过程：

[0026] 实施例一

[0027] 本实施例中，试验中设定的模拟爆破应力波的频率为300Hz，子弹4与入射杆5采用彼此分离设置的配合方式，炮管3的长度为6m，入射杆5的长度为9m，入射杆5的的材料为
3
42CrMo，由于42CrMo材料的弹性模量E为212GPa，且42CrMo材料的密度ρ为7850kg/m ，可知
波速C的计算公式为 因此可以计算得到波速C为5197m/s；对于频率为300Hz的正
弦波来说，其波形周期T＝1/300＝3.33ms，因此半正弦波的脉冲持续时间t＝T/2＝1.67ms，
再由公式t＝2L/C便可计算得到子弹4的长度L为4.34m。

[0028] 试验前，将入射杆5吊装到入射杆支撑座6上，在入射杆5的杆体前端面安装上PVDF压电薄膜传感器，并使入射杆5的杆体前端面通过PVDF压电薄膜传感器顶靠接触在岩石试
样上，同时在入射杆5的杆体后端面安装上整形片，借助整形片来原始的矩形波整形为所需
的半正弦波；然后启动真空泵25，以使炮管3内的子弹4在负压作用下自动后退至发射位置；
最后调整单次脉冲质量块8的轴向位置，使入射杆5上环形凸台31与单次脉冲质量块8内环
形凹槽30之间形成合适的入射杆轴向微动间隙。

[0029] 接下来，开始调试气缸2；在初始状态时，第一气控阀17处于关闭状态，第二气控阀18处于开启状态，当空压机12启动后，压缩空气一路直接进入气瓶16，压缩空气另一路直接
进入气缸2后腔室20的无杆腔，随着无杆腔内压力的升高，将推动活塞盘24、活塞杆32及炮
管密封堵头21向着炮管3方向移动，同时气缸2后腔室20的有杆腔被压缩，而有杆腔中的空
气将通过开启的第二气控阀18排入大气，直到炮管密封堵头21完全顶靠在发射出气口22
上，并将发射出气口22堵死，此时炮管3与气缸2前腔室19实现密封隔离。

[0030] 当炮管3与气缸2前腔室19完成密封隔离后，同时按下第一按钮开关14和第二按钮开关15的控制按钮，此时第一按钮开关14和第二按钮开关15的常开出气口变为闭合状态，
同时第一按钮开关14和第二按钮开关15的常闭出气口变为开启状态，而空压机12输出的压
缩空气依次流过第一按钮开关14和第二按钮开关15，然后从第二按钮开关15的开启状态的
常闭出气口中流出，而流出的压缩空气分两路同时进入第一气控阀17的开阀气控口和第二
气控阀18的闭阀气控口中，进而控制第一气控阀17的由关闭状态变为开启状态，同时控制
第二气控阀18的由开启状态变为关闭状态。

[0031] 当第一气控阀17和第二气控阀18的开闭状态完成转换后，空压机12输出的压缩空气将通过开启的第一气控阀17进入气缸2后腔室20的有杆腔中，由于活塞盘24的直径大于
炮管密封堵头21的直径，在压强相同的条件下，活塞盘24所受到的轴向推力更大，因此活塞
盘24在轴向推力作用下会向着炮管3的反方向移动，而气缸2后腔室20无杆腔内的空气将通
过第一按钮开关14的泄压口排入大气，同时随着活塞盘24的移动，将带动活塞杆32及炮管
密封堵头同步向着炮管3的反方向移动，直到炮管密封堵头21脱离对发射出气口22封堵，并
使炮管3与气缸2前腔室19恢复连通，此时气瓶16中的气体将快速经过气缸2前腔室进入炮
管3内，并推动炮管3内的子弹4实现发射。

[0032] 当子弹4从炮管3内发射出去后，将直接撞击到安装有整形片的入射杆5的杆体后端面上，在单次脉冲质量块8的作用下，频率为300Hz的模拟爆破应力波将以单次脉冲的形
式经入射杆5直接作用到岩石试样上，此时通过PVDF压电薄膜传感器获取的压电信号经电
荷放大器28接入示波器，通过示波器便可直观的确定该次试验中作用在岩石试样上的应力
波波形，确保试验中模拟的爆破应力波是准确无误的；同时，记录下子弹测速仪26测得的子
弹4的发射速度，确保子弹4的发射速度满足低应力幅值特征的模拟。

[0033] 另外，通过气缸2的调试过程可知，只有同时按下第一按钮开关14和第二按钮开关15的控制按钮，才能完成子弹4的发射，如果只是因误操作而单独按下了第一按钮开关14的
控制按钮，由于初始状态是第一气控阀17处于关闭状态且第二气控阀18处于开启状态，即
使第一按钮开关14单独触发而导通，但第二按钮开关15仍然处于不导通状态，因此并不会
触发第一气控阀17和第二气控阀18发生开闭状态的转换。同理，如果只是因误操作而单独
按下了第二按钮开关15的控制按钮，由于初始状态是第一气控阀17处于关闭状态且第二气
控阀18处于开启状态，即使第二按钮开关15单独触发而导通，但第一按钮开关14仍然处于
不导通状态，因此也不会触发第一气控阀17和第二气控阀18发生开闭状态的转换。因此，无
论因误操作而单独按下了第一按钮开关14或第二按钮开关15的控制按钮，都不会发生子弹
误发射的情况，最终可提高试验的安全性。

[0034] 实施例二

[0035] 本实施例中，试验中设定的模拟爆破应力波的频率为100Hz，子弹4和入射杆5采用相互对接的配合方式共同构成加长型子弹；炮管3的长度为6m，入射杆5的长度为9m，入射杆
5的的材料为42CrMo，由于42CrMo材料的弹性模量E为212GPa，且42CrMo材料的密度ρ为
3
7850kg/m ，可知波速C的计算公式为 因此可以计算得到波速C为5197m/s；对于
频率为100Hz的正弦波来说，其波形周期T＝1/100＝10ms，因此半正弦波的脉冲持续时间t
＝T/2＝5ms，再由公式t＝2L/C便可计算得到子弹4的长度L为13m。但是，13m的子弹4想要利
用实施例一的方式进行试验，就需要单独配备一根长度为26m的入射杆5，此时子弹4与入射
杆5的总长度将达到39m，这种长度下将很难有合适的场地满足试验设备的安装。因此，本实
施例中采用了子弹4和入射杆5的对接配合方式，子弹4的长度取4.34m，即直接采用了实施
例一中已有的子弹4，而不用另行制造了，两者对接后形成的加长型子弹的总长度仅为
13.34m，有效节省了试验设备的占地空间，同时能够满足试验要求。

[0036] 试验前，将入射杆5吊装到入射杆支撑座6上，在入射杆5的杆体前端面先安装上整形片，然后在整形片上安装PVDF压电薄膜传感器，并且PVDF压电薄膜传感器并不与岩石试
样接触；此时需要用到拼接套管7，先将拼接套管7套装子弹4上，再将入射杆5的后端插入拼
接套管7，然后启动真空泵25，对拼接套管7内管腔抽真空，在负压作用下，子弹4和入射杆5
自动向拼接套管7的中部移动，直到子弹4和入射杆5在拼接套管7内自动完成顶靠接触对
接；最后安装单次脉冲质量块8并调整其轴向位置，使入射杆5上环形凸台31与单次脉冲质
量块8内环形凹槽30之间形成合适的入射杆轴向微动间隙。

[0037] 接下来，参照实施例一完成气缸2调试，直到加长型子弹整体通过炮管3被发射出去，加长型子弹的前端将直接撞击到岩石试样上并快速回弹，从而实现频率为100Hz的模拟
爆破应力波直接作用到岩石试样上的试验，此时通过PVDF压电薄膜传感器获取的压电信号
经电荷放大器28接入示波器，通过示波器便可直观的确定该次试验中作用在岩石试样上的
应力波波形，确保试验中模拟的爆破应力波是准确无误的；同时，记录下入射杆测速仪27测
得的加长型子弹的发射速度，确保加长型子弹的发射速度满足低应力幅值特征的模拟。

[0038] 实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。