Page 64 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 周永旺，等： 基于动静态力学试验下的红砂岩Holmquist-Johnson-Cook本构与数值模拟研究 第 8 期

式中：l 和 s A 分别表示试样的长度和横截面积；D 和 H 分别为试件圆截面直径和高度；A 、c 和 0 E 分别表
s
0
示杆的横截面积、弹性波速度和弹性模量。参考混凝土的动态劈裂试验数据处理方法 [23] ，利用式（2）可
以得到在不同冲击加载下的红砂岩的拉应力。
为满足变形均匀性假定，进行 SHPB 试验的应力平衡验证，如图 6 所示。通过叠加入射波和反射波
来计算对比波，并将其与透射波进行比较。透射波和对比波之间良好的波形对准证实了试验数据的有
效性和可靠性。

0.15 0.15 Incident wave

Incident bar signal Reflected wave
0.10 Transmission bar signal 0.10 Transmission wave
0.05 0.05 Incident wave+reflected wave
Voltage/V −0.05 0 Voltage/V −0.05 0

−0.10 −0.10
−0.15 −0.15
−0.20 −0.20
0 200 400 600 800 1 000 1 200 1400 1 600 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time/μs Time/μs
(a) Incident signal and transmitted signal (b) Dynamic stress equilibrium curves
图 6 应力平衡条件验证
Fig. 6 Validation of stress equilibrium state
2.3 试验结果与分析
2.3.1 静力学试验结果与分析
∅ 50 mm×
分别开展静态单轴压缩和静态巴西劈裂的静力学试验，静态单轴压缩试验采用尺寸为
100 mm 的试件，静态巴西劈裂试验采用尺寸为 ∅ 50 mm×30 mm 的试件。为了实现准静态稳定加载的状
态，试验过程采用位移变形的控制方式，静态单轴压缩的应变率设置为 10 、2 × 10 和 10 s ，其中在应
−5
−1
−4
−5
变率 10 s 下进行 3 次重复试验，静态巴西劈裂试验应变率设置为 10 s ，进行 5 次重复试验，曲线命
−1
−1
−5
−5
−5
−1
名为应变率+试验次数。静力学试验结果曲线如图 7～8 所示，通过计算应变率 10 s 下重复试验的平
均值，得到红砂岩基本力学参数如表 1 所示。

6
140 10 s -1
−1
−5
−4
10 s −1
−1
−5
120 2×10 s −1 5 10 s -2
−5
−1
−5
−5
−1
10 s -1 10 s -3
Stress/MPa 100 10 s -3 Stress/MPa 4 3 10 s -5
10 s -4
−5
−1
10 s -2
−1
−5
−1
−5
−5
−1
80
60
40 2
20 1
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0 0.1 0.2 0.3 0.4
Strain Displacement/mm
图 7 静态压缩下红砂岩的压应力与应变的关系 图 8 静态劈裂下红砂岩的拉应力与位移的关系
Fig. 7 Relationship between compressive stress Fig. 8 Relationship between tensile stress and
and strain of red sandstone displacement of red sandstone
under static compression under static splitting
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