Page 115 - 《爆炸与冲击》2025年第6期
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第 45 卷 刘康琦，等： 循环冲击荷载作用下单节理岩体的动态力学行为 第 6 期
60 mm
45 mm 10 mm α
(a) Schematic (b) α=0° (c) α=30°
(d) α=45° (e) α=60° (f) α=90°
图 2 单节理辉长岩试件的几何示意图和照片
Fig. 2 Geometric schematic and photos of single-jointed gabbro specimens
1.2 试验系统
利用改进的 SHPB 进行循环冲击试验，SHPB 系统由气压装置、撞击杆、入射杆、透射杆、吸收杆和
动态数据采集装置组成，如图 3 所示。所有杆都采用 40Cr 钢，弹性模量为 210 GPa，密度为 7 800 kg/m ，
3
撞击杆长 300 mm，入射杆长 2 200 mm，透射杆长 1 400 mm，杆的直径为 50 mm。在入射杆和透射杆的中
间位置粘贴应变片，以记录试验过程中的入射波、反射波和透射波。选择直径 20 mm、厚度 1 mm 的紫
铜片作为波形整形器。另外，在试验开始之前，对 SHPB 装置进行空杆撞击，以检查两杆对接的完好性。
Striker Pulse shaper Incident bar Transmission bar
Gas gun Strain gauge Strain gauge
Gun barrel Specimen
Laser Momentum trap
Computer Oscilloscope
图 3 SHPB 试验系统
Fig. 3 An SHPB test system
在试验过程中，将试件放置在入射杆和透射杆之间。为了减小摩擦效应，将凡士林均匀涂抹于试件
的两端。由于材料的波阻抗不同，应力波会在杆与试件的交界面处发生透射和反射。在试验过程中，必
须满足应力平衡假设，即试件内部和两端的应力应变必须一致。考虑到循环冲击作用下试件内部存在
节理和裂纹以及试验过程中发生的多次压实损伤会影响应力波的传播，因此利用应变仪监测到的数据
来验证应力平衡是评估试验结果有效性的关键。
三波法是通过将入射波、反射波和透射波的起始时间平移到试件端面，检查入射波和反射波的总和
是否与透射波相匹配来验证应力平衡。力平衡因子法是通过计算试件两端的力 F 和 i F 以及力平衡因
t
子 f 来验证这一点：
2(F i − F t )
F i = A b E b (ε i +ε r ), F t = A b E b ε t , f = (1)
F i + F t
E b 为杆的弹性模量。当 f＜
式中： ε i 、 ε r 和 ε t 分别为入射应变、反射应变和透射应变， A b 为杆的横截面积，
0.1 时，试件达到了应力平衡 [41-43] 。图 4～7 为不同工况下试件动应力平衡试验结果，其中 In 为入射波，Re
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