Page 90 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 第 9 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 9
2025 年 9 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Sept., 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0309

动荷载下硅砂的破碎特性及吸能效应试验研究 *

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崔 鹏 ，罗 刚 ，刘 乐 ，曹芯芯 ，李邦翔 ，梅雪峰 5
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（1. 山东理工大学建筑工程与空间信息学院，山东 淄博 255049；
2. 西南交通大学地球科学与环境工程学院，四川 成都 611756；
3. 重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074；
4. 山东交通职业学院公路与建筑系，山东 潍坊 261206；
5. 内蒙古科技大学土木工程学院，内蒙古 包头 014010）

摘要： 为揭示动荷载下硅砂的破碎特性及吸能效应，基于改进的分离式霍普金森杆（split Hopkinson pressure bar,
SHPB）研究了 4 种不同粒组砂样（2.5～5.0 mm、1.25～2.50 mm、0.60～1.25 mm 和＜0.3 mm）的动力响应特征。结果表
明，粒径和应变率会影响砂的动态应力-应变行为。砂的变形可分为弹性、屈服、塑性和卸荷等 4 个阶段。试样的压实
过程主要由屈服阶段的塑性压实和塑性阶段的破碎压密组成；颗粒相对破碎率与应变率及有效粒径均近似成正比，与
分形维数成反比；颗粒粒度对吸能效率的影响随颗粒特性（矿物组成、粒径及分化程度等）的不同而变化；相同应力水
平下，颗粒粒径越大，能量吸收效率越高；相同加载应变率条件下，颗粒越大，峰值应力越小。为提高砂的吸能效率和
减小负荷水平，建议采用较大粒径的硅砂。
关键词： 硅质砂；分离式霍普金森杆；分形破碎特征；吸能效应
中图分类号： O383; TU318 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Experimental study on crushing characteristics and energy absorption effect
of silica sand under dynamic loading

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CUI Peng , LUO Gang , LIU Le , CAO Xinxin , LI Bangxiang , MEI Xuefeng 5
（1. School of Architectural Engineering, Shandong University of Technology, Zibo 255049, Shandong, China;
2. Faculty of Geosciences and Environmental Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, Sichuan China;
3. School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China;
4. Department of Highway and Architecture, Shandong Transport Vocational College, Weifang 261206, Shandong, China;
5. College of Civil Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology,
Baotou 014010, Inner Mongolia, China）

Abstract: This study investigates the response characteristics of silica sand under dynamic loading, employing a modified
split Hopkinson pressure bar (SHPB) to gain insights into its crushing behavior and energy absorption properties. Four distinct
grain size (2.5–5.0 mm, 1.25–2.50 mm, 0.60–1.25 mm, and ＜0.3 mm) were analyzed, with results demonstrating that the
dynamic stress-strain behavior of silica sand is affected by both grain size and strain rate. The deformation process of silica
sand is categorized into four stages: elastic, yielding, plastic and unloading. Plastic compaction is dominant during the yielding
stage, whereas crushing compaction prevails in the plastic stage. The relative breakage of particles shows a positive correlation
with both strain rate and effective particle size, and an inverse correlation with fractal dimension. The impact of particle size on

* 收稿日期： 2024-08-26；修回日期： 2024-11-12
基金项目： 国家自然科学基金（52309137，42277143）；国家重点研发计划（2022YFC3005704）；四川省自然资源厅科技项目
（KJ-2023-004）；山东省自然科学基金（ZR2021QE209）
第一作者： 崔 鹏（1998－ ），男，硕士研究生，22507020014@stumail.sdut.edu.cn
通信作者： 梅雪峰（1987－ ），男，博士，讲师，xfmei@my.swjtu.edu.cn

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