Page 172 - 《爆炸与冲击》2026年第2期

第 46 卷 张渊通，等： 爆炸应力波在梯度介质中的可视化传播 第 2 期

的爆生主裂纹和次裂纹的扩展行为。胡南燕等 [22] 提出了一种以环氧树脂与酸酐质量比及松香饱和溶液
（rosin soldering solution，RSS）含量为控制因素，制备常温下具有良好脆性的透明类岩石材料的方法，该方
法可以保证在极端条件下制备的试件都具有良好的透光性，并且可以通过 RSS 含量对材料密度、抗压强
度、弹性模量和峰值应变等产生显著影响。在此基础上，他们进行了深部巷道围岩分区破裂化的三维光
弹实验，验证了采用光弹实验法对分区破裂进行研究的可行性。Ju 等 [23] 和 Mao 等 [24] 借助 3D 打印技术
和光弹性材料，构建了采场地层结构以及内部带缺陷结构的三维可视模型，准确表征了围岩采动应力场
的分布演化规律和三维内部缺陷的扩展机制。许鹏等 [25] 利用数值模拟和动焦散实验，研究了爆破应力
波在岩体节理间的作用过程，总结了爆破应力波对爆生裂纹扩展的影响。
上述研究为更加精准直观地分析层状复合岩体中爆炸应力波的传播规律提供了借鉴和方法。本文
整合上述研究成果，结合动光弹法和数字图像相关法的优势，搭建超动态同步测试系统，对类岩石梯度
介质中爆炸应力波的传播特征进行定性和定量分析，利用环氧树脂材料与岩石材料的共性，研究爆炸应
力波在正向梯度和反向梯度 2 种路径下的传播规律，并引用坡印廷（Poynting）矢量对梯度材料中爆炸能
流密度进行表征，以期为层状复合岩体的爆炸机理研究提供依据。

1 实验装置与方法

1.1 实验装置
为了定性和定量地分析爆炸应力波在梯度介质中的传播规律，采用爆炸动光弹-数字图像相关综合
实验系统开展相关研究，如图 1 所示。该系统由光弹仪、高速相机、光源系统、多通道起爆器和同步控
制器组成。动态光弹性-数字图像相关实验系统适用于轴对称的光弹性模型，可获得相同应力状态下的
动态条纹信息、位移信息和应变信息。

Samples Experimental result Computer

Flash 1 High-speed camera

Frosted glass Polariscope 1 Polariscope 2 Field lens

Flash 2

Four-channel detonator Synchronous controller
图 1 爆炸动光弹-数字图像相关综合实验系统
Fig. 1 Dynamic photoelastic-digital image correlation experiment system

系统中包含 2 个闪光灯，闪光灯 1 提供的光源经过毛玻璃散射之后为动光弹实验一侧提供光源，闪
光灯 2 置于试件前方，为数字图像相关实验一侧提供光源。同步控制器精确控制炸药的起爆时间和高
速相机的拍照时间，以确保爆炸的全过程在有效拍摄时间内。
1.2 实验试件
试件采用浇注并退火的环氧树脂板，其主要成分为 E44 型环氧树脂、甲基六氢苯酐、促进剂 DMP-30

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