Page 74 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 黄耀莹，等： 实时高温作用下花岗岩冲击压缩力学特性研究 第 2 期

所不同，因此试件硬度变化规律不明显，导致分
45
形维数波动。400～600 ℃ 下长石云母含量之和
40
明显提升，这是由于温度升高导致石英矿物晶格
破坏，羟基逸出形成钠长石 [27] ，结合石英含量的 35
下降趋势，解释了花岗岩 600 ℃ 下破碎形态的塑 Relative amount/% 30
性特征：石英硬度为 7，长石硬度在 6～6.5，云母 25
硬度在 2～3 左右，温度由 400 ℃ 升高到 600 ℃ Relative amount
20
时，硬度较大的石英含量下降，硬度较小的长石
和云母含量增大，导致试件整体硬度减小，脆性 0 100 200 300 400 500 600
Temperature/℃
随之减小，因此破坏形态转变为塑性破坏。三种
图 20 长石、云母相对含量之和与温度的关系
主要矿物成分的含量变化和相变共同作用，最终
Fig. 20 Relationship between the sum of feldspar and mica
导致 200 ℃ 后试件的动力学性能劣化、分形维
content and temperature
数波动与破碎形态变化。

5 结 论

∅ 50 mm SHPB 试验系统对花岗岩进行实时高温（20～800 ℃）冲击压
本文利用配有实时高温装置的
缩力学特性研究，研究并分析了不同温度等级下花岗岩的破碎分形、动力学性能变化、能量吸收和矿物
成分变化的内在关联。总结规律如下：
(1) 试件破碎形式为劈裂破坏，600 ℃ 以下高温试件以脆性破坏为主，试件破坏前无明显变形，且粒
径范围在 4.75～9.5 mm 内的碎块形态呈纺锤形，两端尖锐；600 ℃ 试件以塑性破坏为主，形状趋于圆钝；
(2) 随着温度升高，试件峰值应力具有先增大后减小的变化趋势，在 200 ℃ 时达到强度阈值，随后持
续降低；不同冲击速率下，200 ℃ 的花岗岩峰值应力较 20 ℃ 分别提升了 5.45%、8.51% 和 1.06%；400 ℃
花岗岩峰值应力较 200 ℃ 降低 8.89%～21.69%；600 ℃ 峰值应力较 400 ℃ 下降了 10.55%～28.99%；800 ℃
实时高温中，花岗岩未经冲击即破碎；
(3) 体积能量与加载应变率线性正相关，与温度呈二次函数关系，与峰值应力呈指数相关，拟合效果
良好；
(4) 花岗岩试件在 20～600 ℃ 化学性质较稳定；云母、长石和石英的含量波动共同导致花岗岩动力
学强度在 200 ℃ 后随温度升高逐步劣化。

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