Page 93 - 《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

镜（scanning electron microscope, SEM）图。可以看出，砂颗粒表面粗糙且存在大量的孔隙和不连续初始
裂隙，这些初始孔隙和缺陷是砂粒容易破碎的因素之一。根据试验设计，选用粒组分别为 2.5～5 mm、

1.25～2.50 mm、0.60～1.25 mm 和＜0.3 mm 的试样进行冲击加载。

100

80
Cumulative percentage/% 60 D 50 =0.63 mm

40

20

0 1 2 3 4 5
Particle size/mm

图 2 粒径分布
Fig. 2 Particle size distribution

Sand pores

Powder agglomerates
Cracks
Sand pores

1 mm 500 μm

图 3 硅砂表面扫描电镜图
Fig. 3 Scanning electron microscope photo of silica sand

1.3 试验步骤
李胜林等 [26] 指出，试件长径比在 0.4～1.0 范围内时，可较准确地反映材料的动态力学性能。考虑到
试件长度过短时，端面摩擦力较大，边界效应显著，对试验结果影响较大，本文中所采用的试样长度为
40 mm，设计长径比为 1.0。此外，由于本文不讨论试样初始密度对砂的力学性能影响，因此试验前需精
确控制试样初始密度。考虑到套筒直径和试样长度较小，装样过程中可能会造成试样上表面平整度不
均匀。为此，每次装样完毕后，需要进行适当预压。为确保预压不会导致颗粒破碎，影响砂的初始级配，
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需精确设计试样密度。经过多次调整，最终确定砂的初始密度为 1.6 g/cm 。每次试验装样后，使用小型
液压机施加 240 kPa 的预压应力，预压高度约为 1 mm。具体的试验步骤，如图 4 所示：(1) 将支撑垫片放
置于水平面，并叠放下垫片于支撑垫片顶端，用螺栓固定套筒和下垫片；(2) 将称重砂样均匀倒入套筒内，
轻压整平并缓慢滑落上垫片至试样顶端，确保套筒内空气排出；(3) 将对应长度内套筒置于上垫片，限位
垫片盖于内套筒顶端，均匀缓慢地预压试样至内外套筒端部齐平结束（限位垫片与外套筒接触）；(4) 取出
内套筒，并用螺栓固定上垫片以避免试样搬运过程中长度和密度发生变化；(5) 将安装好的试件置于入射
杆与透射杆之间，调整套筒水平，并使入射杆端面与垫片端面保持充分接触。为减小摩擦，每次试验需
在入射杆和前端垫片及透射杆和后端垫片之间涂抹润滑油。

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