Page 93 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 卢毓崟，等： 层理倾角与锚固方式耦合作用下砂岩的动态力学特性 第 6 期

No-anchor
14 13.17 GPa 12.74 GPa 18 End-anchor
Average elastic modulus/GPa 12 10.31 GPa 11.32 GPa Elastic modulus/GPa 14
Semi-anchor
Full-anchor
13
16

11
12
10

9 10 8
No-anchor End-anchor Semi-anchor Full-anchor 0 15 30 45 60 75 90
Anchoring method Bedding dip angle/(°)
(a) Variation pattern of average elastic modulus in specimens (b) Variation in elastic modulus of each anchored specimen
under different anchoring methods with different bedding dip angles
图 8 不同锚固方式下层理试样弹性模量曲线
Fig. 8 Elastic modulus curves of bedding specimens with different anchoring methods

2.2 能量耗散
当岩石在外荷载作用下发生变形破坏时，其内部微裂纹、孔隙等原生缺陷以及新生裂隙不断发育、
扩展、贯通，最终表现为整体破坏。岩石变形破坏过程的本质是在外荷载的作用下其内部能量的耗散与
释放，耗散能是破碎岩石的有用功，研究锚固层理砂岩在冲击荷载下的能量耗散规律更利于从宏观上解
释锚固效应的破坏机制。因此，根据能量守恒定律，入射波所携带的能量 W 主要分为反射波所携带的
I
能量 W 、透射波所携带的能量 W 和岩石所吸收的能量 W 。W 可由下式计算：
t
s
r
s
(5)
W s = W i −W r −W t
w t
2
W i = AcE ε dt (6)
i
0
w
t
2
W r = AcE ε dt (7)
0 r
w t
2
W t = AcE ε dt (8)
t
0
根据 SHPB 试验原理，入射应变 ε i 、反射应变 ε r 和透射应变 ε t 通过式 (6)～(8) 能够求出入射波、反射
波和透射波所携带的能量 W 、W 和 r W 。
t
i
2.2.1 反射能变化
在冲击试验中，当入射波传播到试样时，一部分能量会继续传播进入试样内部，而另一部分能量则
会因加载过程中试样界面及微裂隙的产生而反射部分能量，形成反射波，这部分反射的能量即为反射
能。不同试样间反射能的差异性能一定程度上体现岩石内部损伤变化情况，冲击荷载引起的岩石内部
损伤越多，产生的反射能也就越大。
图 9(a) 给出了不同锚固方式下试样平均反射能的变化规律。从图中可知，试样的平均反射能与锚
固长度呈明显的负相关性，从无锚试样的 223.77 J 降低至全锚试样的 175.66 J，降幅达 21.5%，与 2.1.2 节
中的弹性模量的变化规律有所差异。这是由于弹性变形阶段岩体与锚杆材料间的应变差较小，锚固系
统产生的强化效应较弱；随着应力波的持续作用，试样进入塑性阶段后，应变差进一步增大，此时锚杆效
应才开始对损伤产生明显的抑制作用，使得反射能下降。
进一步分析层理倾角对反射能的影响规律，如图 9(b) 所示，可以看出各锚固试样的反射能曲线均呈
现典型的倒 V 形分布特征。可以看出，锚固效应对曲线形态的影响相对有限，但在 θ =45°时仍表现出明
θ =45°时，试样在轴向拉应力和层理面剪切应力
显的峰值特征。这归因于层理结构的力学响应特性：当
的协同作用下，内部损伤最为剧烈。此时，层理面的滑移变形和基质的拉伸破坏共同导致能量反射效率

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