Page 161 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

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

能和透射能，再利用式 (3)～(4) 计算得到耗散能和耗散能密度。典型砂岩试件（空腔直径 d=20 mm、空腔
深度 D=30 mm）的破坏历程如图 7 所示，实验结果如表 3 所示。

(a) 0 μs (b) 35 μs (c) 50 μs (d) 90 μs

(e) 120 μs (f) 150 μs (g) 180 μs (h) 210 μs

图 7 典型砂岩试件的破坏历程
Fig. 7 Fracture process of a typical sandstone specimen

表 3 砂岩试件冲击压缩实验结果
Table 3 Impact compression testing results of sandstone specimens

试件编号 d/mm D/mm σ cd /MPa ε d /10 −3 W s /J ξ/(J·cm )
−3
1 0 0 92.7 10.02 22.82 0.26
2 10 15 90.4 10.11 24.39 0.28
3 10 30 84.4 10.30 27.15 0.32
4 10 45 76.3 10.78 28.04 0.33
5 20 15 75.3 10.15 28.60 0.34
6 20 30 66.1 10.75 31.39 0.40
7 20 45 56.5 11.88 33.30 0.45

从图 6 可以看出，砂岩试件的应力-应变曲线可分为 3 个阶段：首先是弹性变形阶段，曲线斜率基本
保持恒定；然后是屈服阶段，试件内部开始萌生损伤劣化，且随着荷载的持续作用损伤不断累积，曲线逐
渐偏离线性；最后是破坏阶段，损伤累积达到临界值时，试件发生脆性破坏，应力急剧下降，曲线斜率变
为负值。
由图 7 可以看出，在冲击加载初期，试件未出现明显损伤，表现为弹性变形特征，处于线弹性阶段。
在 35 μs 时，试件右侧因存在空腔率先开始产生横向裂纹，标志着试件进入屈服阶段。随着载荷持续作
用，横向裂纹逐渐扩展张开，并且在 50 μs 时在试件左侧出现纵向裂纹。直到 90 μs 时，纵向裂纹与横向
裂纹相互扩展贯通，导致试件右侧发生剥落，表明砂岩试件已由屈服阶段过渡至破坏阶段。在 120～210 μs
期间，试件内部裂纹持续扩展贯通，岩石结构逐渐失稳，最终导致应力急剧下降。
3.1 动态峰值应力
砂岩试件的动态峰值应力随空腔深度的变化如图 8 所示，可以看出：对于完整砂岩试件，其动态峰
值应力为 92.7 MPa；对于空腔直径为 10 mm 的砂岩试件，其动态峰值应力随着空腔深度的增大依次为

90.4、84.4 和 76.3 MPa，拟合结果显示二者呈显著负相关线性关系；对于空腔直径为 20 mm 的砂岩试件，
其动态峰值应力随着空腔深度的增大依次为 75.3、66.1 和 56.5 MPa，拟合结果同样显示二者呈显著负相
关线性关系。可见，空腔的存在会降低试件的动态峰值应力；随着空腔深度的增大，试件动态峰值应力

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