Page 104 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 崔 鹏，等： 动荷载下硅砂的破碎特性及吸能效应试验研究 第 9 期

粒度和分化程度的影响，颗粒破碎在较低的应力水平下即可发生，表现出的能量吸收效率特性与钙砂类
似。因此，颗粒粒度对吸能效率的影响随颗粒特性的不同而变化。此外，不同粒组试样吸能效率与应变
关系如图 29。在相同应变水平下，粒径越大，能量吸收效率越低。与小颗粒相比，大颗粒压缩性更高，因
此所需要的能量更少。

0.03 0.04

−1
166.53 s , 2.5−5.0 mm 0.03 227.53 s , 2.5−5.0 mm
−1
224.11 s , 1.25−2.50 mm
−1
Energy absorption efficiency 0.02 166.31 s , ＜0.3 mm Energy absorption efficiency 0.02
164.41 s , 1.25−2.50 mm
−1
220.88 s , 0.60−1.25 mm
−1
162.73 s , 0.60−1.25 mm
−1
220.33 s , ＜0.3 mm
−1
−1
0.01
0.01
0 0
10 −4 10 −3 10 −2 10 −1 10 −4 10 −3 10 −2 10 −1
Strain Strain
(a) 162.73−166.50 s −1 (b) 220.33−227.53 s −1
0.04
314.65 s , 2.5−5.0 mm
−1
320.96 s , 1.25−2.50 mm
−1
Energy absorption efficiency 0.02
318.03 s , 0.60−1.25 mm
−1
0.03
320.52 s , ＜0.3 mm
−1
0.01

0
10 −4 10 −3 10 −2 10 −1
Strain
(c) 314.65−325.52 s −1

图 29 不同应变率下能量吸收效率与应变的关系
Fig. 29 Relationship between energy absorption efficiency and strain under varying strain rates

3 结 论

采 用 ∅ 40 mm 的 SHPB 测 试 了 粒 组 分 别 为 2.5～ 5.0 mm、 1.25～ 2.50 mm、 0.60～ 1.25 mm 和
＜0.3 mm 硅砂的应力-应变特征、分形破碎情况和能量吸收效应，得到以下结论。
(1) 干燥硅砂的动态应力-应变曲线分为弹性阶段、屈服阶段、塑性阶段和卸荷阶段。试样压实过程
主要由屈服阶段的塑性压密和塑性阶段的破碎压实组成。
(2) 相对破碎率与应变率及有效粒径均成正比，粒径越大越容易发生破碎。当应变率由 162.73 s 增
−1
大至 325.52 s ，有效粒径由 0.925 mm 增大至 3.75 mm 时，相对破碎率由 0.15 增大至 0.43。
−1
(3) 分形维数随颗粒尺寸增大而减小。相同粒径下，应变率越高，颗粒破碎程度越高，分形维数越
小；相同应变率下，有效粒径越大，分形维数越小。此外，相对破碎率和分形维数满足线性关系。
(4) 颗粒粒度对吸能效率的影响取决于颗粒特性（矿物成分、粒径及分化程度等）。对于破碎应力水
平较低的砂，相同应力水平下，粒径越大，潜在破碎势越高，能量吸收效率越高。此外，粒径越大，试样峰
值应力越小。为提高砂的消能效果和减轻负荷水平（如棚洞顶板和机场跑道缓冲层），建议采用较大粒

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