Page 83 - 《爆炸与冲击》2025年第6期
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第 45 卷 王 伟,等: 循环冲击作用下砂岩裂缝扩展及渗透率响应特征 第 6 期
但考虑到铀矿爆破增渗这一背景,多次冲击作用下矿层增渗效果如何仍缺乏深入研究。为此,本文首先
开展围压作用条件下试样动态冲击试验,分析循环冲击作用下试样的动态力学特征;在此基础上,对冲
击后试样进行 CT 扫描和三维重构,探究循环冲击作用下试样的裂缝扩展分布规律;最后,对冲击后试样
进行渗透率测试和数值模拟,探索循环冲击致裂试样的微观渗流过程及机理,以期为低渗透砂岩型铀矿
循环爆破增渗效果预测及技术优化提供理论支撑。
1 实验及数值模拟方法
1.1 试样制备
表 1 试样基本参数
采 用 岩 石 动 力 特 性 试 验 规 程 ( T / C S R M E
Table 1 Basic parameters of samples
001—2019),选取颗粒均匀、致密性良好的砂
密度/ 纵波波速/ 抗压强度/ 弹性模量/
岩,加工成高度 30 mm、直径 50 mm 的 9 个圆柱 泊松比
−1
−3
(kg·m ) (m·s ) MPa GPa
形试样,并对其两端面进行精细打磨,以确保实
2.362 2 395 54.19 7.50 0.23
验的一致性和准确性。试样基本参数见表 1。
1.2 SHPB 实验
SHPB(split Hopkinson pressure bar) 实验系统常用来研究岩石在冲击荷载作用下的动态力学性能,主
要由气枪、子弹、入射杆、透射杆、轴压/围压控制系统、监测系统组成(图 1)。子弹为纺锤形,长度为
3
300 mm。入射杆和透射杆长度分别为 3 000 和 2 000 mm,直径为 50 mm,密度为 7 821 kg/m ,纵波波
速为 5 452 m/s。轴压和围压的通过油缸控制,压力范围为 0~20 MPa、测量精度可达±1%。
Waveform shaper
Gas gun Confining pressure device
Transmitting pole
Bullet Incident pole Strain gauge
Strain gauge
Oscilloscope
Sample
Bridge box Bridge box
Strain gauge
图 1 SHPB 试验系统示意图
Fig. 1 Schematic diagram of SHPB test system
[27]
基于一维应力波理论,将应变采集系统记录的原始数据转换得到应力 σ、应变 ε 和应变率 ˙ ε :
AE
σ = ε t (1)
A 0
w t
2c 0
ε = − ε r dt (2)
l 0 0
2c 0
˙ ε = − ε r (3)
l 0
式中:A 为杆的横截面积;E 为杆的弹性模量;A 为试样横截面积;l 为长度; c 0 为压杆中的弹性波速; ε t
0
0
ε r 为反射波所对应的杆中应变。
为透射波所对应的杆中应变;
具体实验步骤如下:(1) 在试样两端均匀涂抹凡士林,确保样品在实验过程中保持稳定,将其固定在
入射杆和透射杆之间;(2) 调整围压控制系统,给试样施加围压;(3) 调节气枪压力,通过子弹为试样施加
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