Page 108 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 许梦飞，等： 循环冲击下高温层理砂岩的动力学特性及损伤模型 第 3 期

样制备完成后，首先，剔除表面有明显瑕疵或裂 74 Uniaxial compressive strength 2.9
纹的岩石试样；然后，利用超声波测速仪对剩下 Primary wave velocity 2.8
的试样进行纵波波速测试，剔除声波值异常的试 72 2.7
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样；剩下的试样将被用来开展试验研究，以保证 68
试样的离散性在可控制的范围之内。 Uniaxial compressive strength/MPa 2.6 Primary wave velocity/(km·s −1 )
均质砂岩试件的单轴抗压强度为 47.63 MPa， 66 2.5
纵波波速为 3.742 km/s，层理砂岩试件的单轴抗 64 2.4
压强度和纵波波速如图 1 所示。单轴抗压强度 62
随层理角度的增加总体呈 U 形分布 [23-24] 。 60 0 15 45 60 90 2.3
Bedding angle/(°)
1.2 试验方法
采用 BR-12N 型 1 200 ℃ 马弗炉对砂岩试件 图 1 试件的单轴抗压强度和纵波波速
进 行 高 温 处 理 ， 温 度 分 为 5 个 等 级 （ 300、 500、 Fig. 1 Uniaxial compressive strength and longitudinal wave
velocity of specimens
700、900 和 1 100 ℃），同时选取常温（25 ℃）试件
作为对照组。以 5 ℃/min 的升温速度对试件进行加热，当温度升高到指定温度后恒温 2 h，炉内自然冷却
至室温。对高温前后试件的质量、纵波波速和矿物成分进行测量，通过这些基础测试来探究高温后试件
力学性能降低的主要原因。质量采用电子秤称量，精度为±0.01 g。纵波波速使用声波测试仪测量，精度
为±0.1 μs，试件与传感器之间采用凡士林耦合。采用日本理学 Uitima IV 型 XRD 仪开展 XRD 试验。
对高温处理后的试件进行循环冲击试验，试验仪器采用电磁驱动 SHPB 装置。压杆材料为密度
7.8 g/cm 、弹性模量 210 GPa 的合金钢。相比传统的氮气驱动方式，电磁驱动可以更精准地控制冲击杆
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的冲击速度。试验时，将砂岩试件放在入射杆与透射杆之间，同时保证试件与压杆共轴，并在试件两端
与压杆的接触面处涂抹凡士林。试验系统如图 2 所示。

0° 15° 45° 60° 90°

Bedding sandstones Powder specimens Muffle XRD instrument Sonic test instrument

Strain gauges
Shock absorber
Drive the coil
Incident rod Specimens Transmitted rod Buffer rod

Impact rod Speedometer
Control cabinet Data acquisition system

Electromagnetic drive SHPB device Ultra-dynamic strain gauge Brass sheets Data acquisition system

图 2 高温层理砂岩 SHPB 试验系统
Fig. 2 SHPB system for bedding sandstone under high temperatures

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