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



                                                         061421-3
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