Page 113 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 王 磊，等： 冲击作用下红砂岩动态破坏的围压效应 第 7 期

W L
w L = (11)
W I
红砂岩试样的反射能、透射能、反射率、透射率随应变率的变化如图 12 所示。由图 12 可知，当围
压不变时，随着应变率的增大，红砂岩的反射能和透射能都显著增加。岩石反射能与透射能的增加机制
可归结为两点 [27, 39] ：其一，应变率增大时伴随着入射能的同步增长，作为入射能衍生产物的反射能和透射
能也呈现递增趋势；其二，应变率增大使岩石内部裂隙萌生、扩展乃至贯通，岩石波阻抗降低，更多能量
反射回入射杆，抑制了透射能的增加，从而导致反射系数增大而透射系数减小。在相同冲击荷载作用
下，红砂岩的反射能和反射率随围压的增大而降低，而透射能和透射率随之增加，表明围压增大会使岩
石内部的微小裂缝和孔隙闭合，从而导致反射能减弱，透射能增强。

155 σ 3 =0 MPa 100 σ 3 =0 MPa

150 σ 3 =0.5 MPa 90 σ 3 =0.5 MPa
σ 3 =1.0 MPa
145
σ 3 =1.0 MPa
Reflected energy/J 140 Transmitted energy/J 70 σ 3 =1.5 MPa
80
σ 3 =1.5 MPa
135
60
130
50
125
120 40
115 30
110 20
130 140 150 160 170 180 130 140 150 160 170 180
Strain rate/s −1 Strain rate/s −1
(a) W R (b) W T
0.75 0.40
σ 3 =0 MPa σ 3 =0 MPa
0.70 σ 3 =0.5 MPa 0.35 σ 3 =0.5 MPa
σ 3 =1.0 MPa σ 3 =1.0 MPa
0.65 σ 3 =1.5 MPa 0.30 σ 3 =1.5 MPa
Reflectance 0.60 Transmittance 0.25

0.55
0.20
0.50 0.15
0.45 0.10
130 140 150 160 170 180 130 140 150 160 170 180
Strain rate/s −1 Strain rate/s −1

(c) w R (d) w T
图 12 应变率和围压对反射和透射的影响
Fig. 12 Effects of strain rate and confining pressure on reflection and transmission

在岩石动态力学研究中，反射能与透射能仅用于表征岩体的能量传递效能，而耗散能可直接量化岩
石动态损伤过程中的能量消耗。图 13～14 给出了耗散能及耗散率与应变率的关系。围压不变时，冲击
荷载作用下砂岩的耗散能和耗散率随应变率的增大而增大。岩石的破坏程度越高，需要吸收的能量越
多。冲击速度不变时，红砂岩的耗散能及耗散率随围压的增加而下降，其原因是围压的约束作用抑制了
岩石内部微裂纹的萌生、扩展与贯通，导致岩石的破碎程度和损伤体积显著降低，减少了破碎和变形所

消耗的能量。综上所述，在相同围压条件下，随应变率的提高，反射能、反射率、透射能增大，透射率减
小；相同应变率条件下，随着围压的增大，岩石的反射能、反射率减小，透射能和透射率增加；试件动态破
坏时，耗散能受应变率与围压协同调控，当围压恒定时，耗散能及耗散率随应变率的增大而增加，当应变
率恒定时，二者随围压的增大而减小。

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