Page 117 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

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

为反射波，Tr 为透射波。采用三波法和力平衡因子法，分别选取 4 组不同节理倾角的试件的试验结果进行
验证。结果表明，单节理岩体在循环冲击过程中能够很好地实现应力平衡，从而保证了试验结果的有效性。

300 200 0.5

In
Re F i 0.4
200 Tr 160 F t 0.3
f
In+Re
0.2
0.1
120
100
Stress/MPa 0 Force/kN 80 0 −0.1 Force balance factor
−0.2
−100 40 −0.3
−0.4
−200 −0.5
0 50 100 150 200 250 300 350 0 50 100 150 200 250 300 350
Time/μs Time/μs
(a) Three-wave method (b) Force balance factor method
图 7 试件 SJG-90-1 第 14 次冲击应力平衡验证
Fig. 7 Stress equilibrium verification of specimen SJG-90-1 under the fourteenth impact

在满足 SHPB 试验的弹性一维应力波假定和应力均匀性假定之后，将应变片监测到的数据平移到
σ s ：
试件端部，可以利用三波法计算得到试件的应变 ε s 、应变率 ˙ ε s 和应力
w τ
c b
ε s (t) = [ε i (t)−ε r (t)−ε t (t)]dt (2)
0
L s
c b
˙ ε s (t) = [ε i (t)−ε r (t)−ε t (t)] (3)
L s
E b A b
σ s (t) = [ε i (t)+ε r (t)+ε t (t)] (4)
2A s
τ 为应力波作用于试件的时间。
式中： c b 为杆的波速， L s 为试件的长度， A s 为试件的横截面积，

2 试验结果与分析

2.1 冲击次数
为了确保每次冲击的入射应力保持一致，在每次冲击前都将子弹放回相同的初始位置，并均匀涂抹
润滑油。这样在气压一致的情况下，入射应力峰值的差值均在 10 MPa 内。在进行冲击试验之前，需要
设置合理的冲击气压，使试件能够承受多次冲击后再发生破坏。Li 等 [25] 的试验结果表明，当节理倾角
为 0°和 30°时，单节理岩体的动态峰值强度最小。另外，通过设计与试验试件相同尺寸的 SHPB 数值模
拟试验，同样发现当节理倾角为 0°和 30°时试件的动态峰值强度最小。因此，首先利用节理倾角为 0°和
3 0 ° 的 试 件 进 行 确 定 循 环 冲 击 荷 载 大 小 的 测 试 试 验 ， 试 验 结 果 如 表 1 所 示 。 从 表 1 可 以 看 出 ， 在
0.12 MPa 的气压下，节理倾角为 0°的试件在受到 7 次冲击后发生劈裂破坏，节理倾角为 30°的试件在经
历 20 次冲击后未发生破坏。因此，将气压设置为 0.13 MPa，并继续试验。在这一气压下，试件 SJG-0-2
和 SJG-0-3 在分别经历 2 次和 3 次冲击后发生了劈裂破坏。试件 SJG-30-2 和 SJG-30-3 在分别经历 5 次
和 4 次冲击后发生了劈裂破坏。试件 SJG-45-1、SJG-45-2 和 SJG-45-3 在分别经历 6 次、3 次和 7 次冲击
后发生了劈裂破坏。试件 SJG-60-1、SJG-60-2 和 SJG-60-3 在分别经历 7 次、8 次和 8 次冲击后发生了劈
裂破坏。试件 SJG-90-1、SJG-90-2 和 SJG-90-3 在分别经历 14 次、15 次和 10 次冲击后发生了劈裂破坏。
以上结果表明，单节理辉长岩试件在循环冲击作用下的破坏模式为劈裂，节理倾角显著影响试件在
循环冲击下的抗冲击能力，试件可承受的冲击次数随节理倾角的增大而增加。

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