[发明专利]一种满足爆破应力波模拟的变频慢速扰动杆机构

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

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。

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

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。

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。