Page 160 - 《爆炸与冲击》2026年第8期
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第 46 卷 程 兵，等： 槽腔深度对掘进断面后续破岩特性的影响 第 8 期
空腔尺寸不同会导致试件体积存在差异，为消除试件体积对能量耗散的影响，还需对试件耗散能密
度进行分析，计算公式如下：
W s
ξ = (4)
V
式中：ξ 为耗散能密度，V 为试件体积。
2.3 动态应力平衡
为确保 SHPB 实验数据的有效性和可靠性，在动态加载过程中试件两端的受力需处于均匀状态，因
此要对试件进行应力平衡检验。典型含空腔砂岩试件在冲击加载过程中的应力平衡曲线如图 5 所示，
可以看出，入射应力和反射应力的叠加曲线与透射应力曲线高度重合，说明砂岩试件两端的动应力大小
几乎相等，即试件在破坏前能够达到应力平衡状态。
160
120
80
40
Stress/MPa −40 0 Incident stress
Reflected stress
Transmitted stress
−80 Incident stress+reflected stress
−120
−160
0 30 60 90 120 150 180 210
Time/μs
图 5 应力平衡曲线
Fig. 5 Stress equilibrium curves
3 实验结果与分析
实验时，采用相同冲击气压（0.75 MPa）对各组砂岩试件进行冲击加载，在进行信号采集的同时，借助
高速相机捕捉典型砂岩试件的破裂历程。首先，基于式 (1) 得到砂岩试件的应力-应变曲线（见图 6），
并据此获得其动态峰值应力 σ 和动态峰值应变 ε ；然后，借助式 (2) 计算得到砂岩试件的入射能、反射
d
c d
100 100
80 80
Stress/MPa 60 Stress/MPa 60
40
40
D=0 mm D=0 mm
20 D=15 mm 20 D=15 mm
D=30 mm
D=30 mm
D=45 mm D=45 mm
0 5 10 15 20 0 5 10 15 20
Strain/10 −3 Strain/10 −3
(a) d=10 mm (b) d=20 mm
图 6 砂岩试件的应力-应变曲线
Fig. 6 Stress-strain curves of sandstone specimens
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