Page 60 - 2024年第55卷第9期

摩擦力，使得颗粒在挤压过程中更容易发生磨损和破碎；另一方面炭质泥岩在冲击荷载过程中原生孔
隙扩张，试样的初始含水率越高，水分更易渗入泥岩孔隙，水与荷载共同作用导致炭质泥岩发生进一
步破碎。相较于冲击能而言，初始含水率对颗粒破碎的影响相对较小。
４．２ 不同粒组的含量演化规律 图 １０给出了最优含水率附近双曲线型和反 Ｓ型试样在不同冲击能下
各粒组颗粒的含量变化曲线图。图 １０（ａ）表明，随着冲击能的增加，颗粒破碎使双曲线型试样在粒径
１０～４０ｍｍ的含量减少，其中 ２０～４０ｍｍ的含量大幅减少，在粒径范围小于 １０ｍｍ的颗粒含量均有所
增加，其中在粒径为 １～１０ｍｍ的含量增加显著，小于 １ｍｍ粒径的含量增加幅度相对较小，说明颗粒
破碎主要向相邻的下一级粒径组迁移，表现出逐级破碎现象。图 １０（ｂ）显示，随着冲击能的增加，反
Ｓ型试样的粒径变化曲线呈现类似 “正弦” 曲线分布，其中以 ２ｍｍ为界限，当颗粒粒径大于 ２ｍｍ，
试样颗粒含量有所减少，粒径小于 ２ｍｍ颗粒含量随之增加。

图 １０ 不同级配下各粒组含量随冲击能的演化

为了进一步描述不同粒组的颗粒破碎及迁移状况，本文用各粒组破碎前、后的颗粒含量之差与初
始状态该粒组颗粒含量进行对比，其值 ω来表征各粒组颗粒含量相对于初始含量的变化，即
Ｍ－ Ｍ ０ Ｍ
ω ＝ ＝ － １ （１６）
Ｍ ０ Ｍ ０
式中：Ｍ 为初始状态各粒组的颗粒含量；Ｍ为破碎后各粒组的含量。
０
由式（ １６）可知，当 ω ＞０时，表明本粒组颗粒破碎减少量要低于其它粒组因颗粒破碎导致其补充
进来的含量。当 ω ＜０时，表明本粒组的颗粒破碎量低于其它粒组补充含量。图 １１列出了最优含水率
附近炭质泥岩在冲击荷载过程中不同粒组的变化情况。
由图 １１（ａ）可知，双曲线型试样在 １０～４０ｍｍ范围内的粒组，其 ω值始终是一个负数，且 ２０～４０ｍｍ
粒组含量的减少量远高于 １０～＜２０ｍｍ粒组。这可解释如下：一方面，２０～４０ｍｍ粒组没有来自于其它
粒组颗粒破碎的补充，而 １０～＜２０ｍｍ的粒组有部分来自 ２０～４０ｍｍ颗粒破碎的补充，故 １０～＜２０ｍｍ
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的颗粒含量减少低于 ２０～４０ｍｍ。另一方面，Ｍｃｄｏｗｅｌｌ 通过单颗粒压缩试验发现单颗粒强度随着粒
径的增大而降低，因此 １０～＜２０ｍｍ的颗粒强度要高于 ２０～４０ｍｍ，在冲击荷载作用下不易发生颗粒破
碎。粒径小于 １０ｍｍ的各个粒组的 ω值为正值，说明本粒组颗粒破碎量小于其它粒组补充进来的含
量。图 １１（ｂ）显示，反 Ｓ型试样在 ２～４０ｍｍ范围内的粒组，其 ω值始终为负数，２～４０ｍｍ粒组中四
个粒组含量的减小速率依次减少，该现象的原因与双曲线型试样类似，即大粒组的含量得不到其它粒
组的补充，同时随着各粒组的粒径减少，其颗粒强度随之增大而不易发生颗粒破碎。
从图 １１可得出，随着冲击能的增加，总体上，各粒组 ω值的正负值比例趋于稳定，这表明不同
粒组的颗粒含量相对于初始含量的变化最终趋于一个稳定的比例。

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