本文以国家自然科学基金项目(编号:51404111)为依托,基于低渗透离子型稀土矿风化层浸矿效率低的缺点,提出利用小药量空气间隔爆破产生的应力波改变岩体内部孔隙结构进而优化矿体渗透性能的方法,利用SHPB装置系统模拟爆炸应力波在矿体中的传播过程,结合GDS-VIS三轴流变仪对岩样在循环冲击前后渗透性能变化规律进行分析,主要研究成果如下:(1)对离子型稀土风化层花岗岩岩样进行有效孔隙度、波速测量和静态单轴压缩试验,分析岩样有效孔隙度对波速和单轴压缩下的应力应变曲线特征的影响,结果发现:岩样抗压强度随岩石有效孔隙度的增加整体呈现下降趋势,说明有效孔隙度可反映岩样承受荷载作用前损伤状况,有效孔隙度越大,冲损后碎块数量就越少;岩样均符合纵波波速随其有效孔隙度的增大呈现衰减的规律,干燥状态下岩样的波速小于饱水状态。(2)运用SHPB装置系统对岩样进行循环冲击,对循环冲击前后岩样有效孔隙度变化规律、变形特性和冲击后的岩样破碎模式进行研究,结果发现:岩样有效孔隙度在6 m/s的速度循环冲击后直接增大,在4 m/s与5 m/s等速循环冲击荷载作用下呈现出先减后回增的趋势。随着等速循环冲击次数增加,岩样抵抗冲击能力逐渐减弱,这种现象持续至岩样被完全冲损。(3)无论对岩样进行等速循环冲击还是逐级加载循环冲击,在岩样破损之前,其应力-应变曲线均会表现出四个典型变形阶段并且出现“回弹”现象。在单次冲击速度足够大时会使岩样内部主裂纹直接扩展呈现明显劈裂破损模式,劈裂方向多与轴向平行;在等速循环冲击荷载过程中,岩样破损后碎块数量与冲击速度成正比,与岩样初始有效孔隙度成反比。(4)基于GDS-VIS三轴流变仪装置系统,对循环冲击前后的岩样进行渗透性测定,分析有效孔隙度对岩样渗透率的影响。在渗透试验条件一致的情况下,岩样渗透率整体随其有效孔隙度的增加而增大,但内部孔隙开口方向及孔径大小的不确定性会导致岩样出现孔隙度增大而渗透率减小的现象,甚至会出现相近孔隙度岩样渗透率相差极大的现象,但有效孔隙度可直接影响岩体的渗透性能。(5)4 m/s和5 m/s等速循环冲击会使岩样渗透性整体出现先衰弱后增强的趋势,而6 m/s等速循环冲击会使岩样渗透性能持续优化至岩样损坏。逐级加载循环冲击在二次冲击(5 m/s)后渗透性便优于初始值,另外每次冲击完毕后,渗透试验会使流体渗流通道更加明显,同时随着逐级加载冲击速度增加,岩样增渗效果也愈加明显。岩样初始有效孔隙度越大,其内部孔隙分布更易发生变化,同时岩样在后续冲击荷载作用下增渗效果也与初始有效孔隙度密切相关,初始有效孔隙度越大,在后续冲击荷载作用下增渗效果愈加明显。