Page 77 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 第 5 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 5
2025 年 5 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES May, 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0214

冲击荷载下含铜矿岩能量耗散的数值模拟 *

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左 庭 ，李祥龙 ，王建国 ，胡启文 ，陶子豪 ，胡 涛 ，章彬彬 ，宋家旺 4
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（1. 昆明理工大学国土资源工程学院，云南 昆明 650093；
2. 云南省教育厅爆破新技术工程研究中心，云南 昆明 650093；
3. 核工业井巷建设集团有限公司，浙江 湖州 313000；
4. 内蒙古康宁爆破有限责任公司，内蒙古 鄂尔多斯 017010）
摘要： 为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系，借助分离式霍普金森压杆试验装置，分析
不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律，结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系；同
时，基于有限离散元方法（finite discrete element method，FDEM）模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明：随着入射能的增
加，透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致，即透射能、耗散能、反射能依次减小；根据耗散能的
不同，碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由 19.52 J 增加至 105.72 J 时，矿岩的平均块度从 27.98 mm 降低
至 16.94 mm，分形维数提升了 26.43%，表明耗散能越高，矿岩的宏观破碎程度越剧烈，破碎块度的数目越多，碎块粒径
越小，均匀性越好；随着冲击荷载的增大，裂纹起裂时间缩短，拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM 数值计
算方法的应用可为深入解析岩石断裂破坏特性提供新的思路。
关键词： 分离式霍普金森压杆；含铜矿岩；破碎块度；分形维数；能量耗散；有限离散元
中图分类号： O346.1 国标学科代码： 13015 文献标志码： A

Numerical modeling of the energy dissipation and fragmentation
of copper-bearing rock under impact load

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ZUO Ting , LI Xianglong , WANG Jianguo , HU Qiwen , TAO Zihao ,
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HU Tao , ZHANG Binbin , SONG Jiawang 4
（1. Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology,
Kunming 650093, Yunnan, China;
2. Advanced Blasting Technology Engineering Research Center of Yunnan Provincial Department of Education,
Kunming 650093, Yunnan, China;
3. Nuclear Industry Jingxiang Construction Group Co., Ltd., Huzhou 313000, Zhejiang, China;
4. Inner Mongolia Knergy Blasting Co., Ltd., Ordos 017010, Inner Mongolia, China）

Abstract: To understand the relationship between fragmentation and energy dissipation in copper-bearing ore rock subjected
to impact loading, a split Hopkinson pressure bar (SHPB) testing apparatus was employed to study the mechanical properties
and energy transfer mechanisms of copper-bearing tuff under varying impact loads. Additionally, fractal theory was used to
establish the correlation between dissipated energy and rock fragmentation. Utilizing the finite discrete element method
(FDEM), numerical simulations of crack propagation within the rock were conducted. The results indicate that as the incident
energy increases, the distribution patterns of the transmission energy, dissipated energy and reflection energy remain

* 收稿日期： 2024-06-30；修回日期： 2024-10-26
基金项目： 国家自然科学基金（52274083）；云南省重大科技专项（202202AG050014）；云南省基础研究计划面上项目
（202201AT070178）；浙江省自然资源科技项目（2024ZJDZ026）
第一作者： 左 庭（1993－ ），男，博士研究生，ztkust@163.com
通信作者： 李祥龙（1981－ ），男，博士，教授，lxl00014002@163.com

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