Page 77 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 张 旭，等： 高温大理岩的动态能量耗散机理及破坏特征 第 6 期

稳定值，表明在 600℃ 后，矿物分解引发结构松散化，使得大理岩由弹性储能主导转化为塑性变形和密
集脆性断裂耗散主导，从能量分配转化的角度验证了 600℃ 为高温大理岩的损伤劣化阈值点。结合图 4
可知，当到达峰值强度时，大理岩表现为宏观裂纹的起裂扩展，此时动能得以释放，耗散应变能呈陡增现
象。且随着温度的增加，大理岩破碎更为剧烈，应力降低现象情况更明显，与之对应的耗散应变能陡增
程度更大，动能增幅越大。因此，耗散应变能陡增现象的发生，从一定程度上可以视为大理岩整体失稳
破坏的前兆信息。

Stress Elastic strain energy Dissipative strain energy Total strain energy Kinetic energy

Time/µs Time/µs Time/µs
0 200 400 600 800 250 0 200 400 600 800 0 200 400 600 800
250 50 200 40 200 40
40
200
30
Stress/MPa 150 30 Energy/kJ Stress/MPa 150 20 Energy/kJ Stress/MPa 150 30 Energy/kJ
20
100
100
20
100
50 10 50 10 50 10
0 0 0
0 5 10 15 0 5 10 15 0 4 8 12 16
Strain/10 −3 Strain/10 −3 Strain/10 −3
(a) 25 ℃ (b) 100 ℃ (c) 200 ℃
Time/µs Time/µs Time/µs
0 200 400 600 800 0 200 400 600 800 0 200 400 600 800
200 30 160 20 60 10
150 20 120 15 45 8
Stress/MPa 100 10 Energy/kJ Stress/MPa 80 10 Energy/kJ Stress/MPa 30 6 4 Energy/kJ

50
5
40
15
0 0 2 0
0 5 10 15 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Strain/10 −3 Strain/10 −3 Strain/10 −3
(d) 400 ℃ (e) 600 ℃ (f) 800 ℃
图 12 不同温度梯度下应变能演化曲线（以 v=14.5 m/s 为例）
Fig. 12 Strain energy evolution curves at different temperature gradients (with v=14.5 m/s)

4.2 弹性能耗比
为直观地反映大理岩能量储存、耗散的情况，定义弹性能耗比为耗散应变能与弹性应变能之比：
(10)
K = U d /U e
图 13 给出了 6 种温度梯度下大理岩应力-弹性能耗比-应变关系曲线。随应变的增加，岩样弹性能
耗比近似呈幂函数增长。随着温度的增加，岩样弹性能耗比整体有所提升。由于冲击荷载加载速率过
快，曲线无压密阶段，在弹性阶段大理岩内部开始生成裂纹并逐渐扩展，耗散能增长速率逐渐变大，弹性
应变能增长缓慢并逐渐达到储能极限，对应弹性耗散比 K 呈现上升趋势，随着应力-应变曲线由峰值点

K Stress
0.6 250 250 0.4
250 0.8
0.5 200 0.6 200 0.3
Stress/MPa 150 First turning 0.3 K Stress/MPa 150 First turning 0.4 K Stress/MPa 150 First turning 0.2 K
200
0.4
100
100
100
point
50 0.2 50 point 0.2 50 point 0.1
0.1
0 0 0
0 4 8 12 16 0 4 8 12 0 4 8 12 16
Stain/10 −3 Stain/10 −3 Stain/10 −3
(a) 25 ℃ (b) 100 ℃ (c) 200 ℃
061413-10

−3 −3 −3
℃ ℃ ℃