第22卷 第11期
岩石力学与工程学报 22(11)：1781～1783
2003年11月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov .，2003
2003年4月28日收到初稿，2003年6月16日收到修改稿。 * 国家自然科学基金(50134040，5017404)资助项目。
作者 赵阳升 简介：男，1955年生，1992年于同济大学结构工程专业获博士学位，现为长江学者奖励计划中国矿业大学采矿工程学科特聘教授、博士生导师，长期从事岩石力学和采矿工程方面的教学与科研工作。
岩体动力破坏的最小能量原理＊
赵阳升
1，2
冯增朝2 万志军1
(1中国矿业大学能源科学与工程学院 徐州 221008) (2
太原理工大学采矿研究所 太原 030024)
摘要 根据岩体动力破坏实际释放的能量远大于诱发能量这一事实，在较详细论证岩体非均质、各向异性、应力状态不同，其破坏方式和消耗能量也有差异的基础上，提出了岩体动力破坏的最小能量原理：即岩体动力破坏真正需要消耗的总是单向应力状态的破坏能量。还介绍了此类事件的几个事例，及其对防护工程与地下工程的重要意义。
关键词 岩石力学，岩体动力破坏，机理，最小能量原理，防护工程，地下工程
分类号 TD 313+.3 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)11-1781-03
LEAST ENERGY PRICIPLE OF DYNAMICAL FAILURE OF ROCK MASS
Zhao Yangsheng 1，
2，Feng Zengchao 2，Wan Zhijun 1
(College of Mineral and Energy Resources ，China University of Mining and Technology ， Xuzhou 221008 China )
(Institute of Mining Technology ，Taiyuan University of Technology ， Taiyuan 030024 China )
Abstract Based on the fact that the released energy of dynamical failure of rock mass is more than induced energy ，the inhomogeneity and anisotropy of rock mass are discussed ，and the least energy principle of dynamical failure of rock mass is proposed. Different failure manners correspond to different consuming energy and stress states. The consuming energy of rock mass failure in reality is destroy energy under 1D stress state. Some engineering and laboratory cases are presented ，and the study results will be beneficial to defence engineering and underground engineering.
Key words rock mechanics ，dynamics failure of rock mass ，mechanism ，least energy principle ，defence engineering ，underground engineering
1 引 言
2003年3月，第5届中国岩石力学与工程学会理事会换届大会上，钱七虎院士在大会学术报告中，提及俄罗斯学者发现地下巨型爆炸导致岩体破坏产生的能量远大于巨型爆炸本身的能量这一事实，他强调对此应予以重视。如果确实如此，在防护工程设计中就必须加以考虑。也就是说，若一定质量的炸药，其本身能量导致破坏的岩体范围是1 km ，若
考虑到岩体本身集聚的弹性能释放的叠加因素，则岩体破坏的范围可能是2 km 。
2001年，在深部采矿的香山科学会议上，古德生院士提出了利用深部岩体本身集聚的弹性能来破岩，可节省破岩能量的思想与观点[1]。
笔者在硕士研究生期间，也曾与导师多次讨论岩体失稳与应力状态关联性与转换机制问题，1989年在文[2]中，讨论了岩体应力状态转化与能量转换及动力失稳的依存关系。2002年，在地下工程与地下空间学术会议上，作者发表了题为“试论岩体动
? 1782 ? 岩石力学与工程学报 2003年
力破坏的最小能量原理”的论文[3]，初次提出了岩体力学中这一重要的科学命题与一些想法。许多岩体动力破坏现象与事件，如地下工程与矿山采掘工程中的岩爆、冲击地压、瓦斯突出、水库诱发地震、采矿诱发地震等等，实际上都涉及到岩体能量集聚、储存、破坏方式、能量耗散与释放等复杂的岩体力学问题。岩体发生弹性变形与集聚能量是一个稳态过程，而岩体破坏与能量释放的过程，尤其是动力破坏过程，很多情况下是一个失稳过程，其能量转化始终遵循一个原理，那就是岩体动力破坏的最小能量原理。
2 岩体动力破坏能量转化机理
2.1 岩体特性与其他材料特性的差异
岩体材料与其他材料有如下显著不同点： (1) 岩体始终处在一种相对平衡的应力场中，而且一般都为三维应力场。
(2) 岩体是一种极端的非均质材料，各向异性，甚至在许多情况下，是一种非连续的材料；这种非均质，宏观上表现为大量裂隙裂缝的存在，细观上表现为岩石的矿物颗粒组成的非均质性；其各向异性就更为复杂，不同方向的力学特性不同，同一分向拉压特性不同，而且随尺度变化，各向异性主方向还在转移[4]；应力状态不同，其破坏方式不同[5]，破坏的临界条件也不同，即屈服准则不同[6]。 (3) 岩体是一种有条件的物理不稳定性材料，即当岩石变形超过峰值强度之后，岩石材料的物理
不稳定性才表现出来[7，
8]，此时，εσd d ＜0。 岩体动力破坏的最小能量原理就是以上三者集中的表现。各种各样的工程岩体，其破坏的方式不同，消耗的能量也有较大的差异，但都遵循动力破坏的最小能量原理。
2.2 岩体破坏的临界条件——屈服准则
对应于不同应力状态，岩体的屈服准则亦不同，如：
(1) 单轴压缩破坏准则σ＞σc ，能量消耗=1E E c
2/2σ。
(2) 单向剪切破坏准则τ＞τc ，能量消耗=1E
G c 2/2τ。
(3) 三轴应力破坏准则——库仑-莫尔准则：=1σc σσ??+?+3)]sin 1/()sin 1[(。
能量集聚为
E E 2/)](2[3131212
322213σσσσσσνσσσ++?++=
2.3 岩体破坏过程中能量转换机理分析
岩体处于三向应力作用下，可以集聚大量的弹性能，在三轴应力下遵循三维应力的破坏准则；当破坏一旦启动后，岩体应力调整，应力状态迅速转变为二向，最终转变为单向应力状态。由于在三维应力与一维应力状态，其破坏耗损的能量有很大差异，这个差异13E E E ?=?，实际上就是应力状态转换时产生的能量跃迁。非常类似于原子核周围电子由高能级轨道跳跃到低能级轨道时，要释放出一束能量的机理。在分析大量岩石动力破坏事件的能量转换时，我们发现这种能量就是岩体动力破坏的动能。无论岩体初始以何种应力状态存在，一旦失稳，破坏启动，其破坏真正需要消耗的能量总是单向应力状态的破坏能量，即E E 2/2c min f σ=或=min f E G 2/2c τ，而这种能量就是岩体破坏的最小能量，这就是岩体动力破坏的最小能量原理。三向应力状态的岩体中储存的弹性能E 3与最小破坏能的差为
min f 3E E Wc ?=
它被称为岩体破坏的弹性余能，大部分情况下，这部分能量以动能形式释放，例如：转换为破碎岩体的抛射能，或地质体的强烈振动。尽管岩体的破坏极为复杂多样，但必须清楚地认识到岩体动力破坏弹性余能的存在。处于弹性平衡状态时的岩体承受的应力越高，其破坏的弹性余能就越大，也就是说，深部岩体动力破坏弹性余能远大于浅部岩体，且随深度增加呈平方关系增长[4]。
3 岩体动力破坏的最小能量原理
1999年10月至2000年8月，在太原理工大学进行了大煤样的割缝排放瓦斯的1∶1实验研究，实验设备采用211工程研制的1 000 t 大型真三轴试验机(图1)，煤样采自潞安矿务局常村矿3#煤层，试验煤样尺寸为500 mm ×500 mm ×500 mm 的试件。给煤体注入CO 2气体，气压1 MPa ，然后施加相当于800 m 埋深的三维应力，再进行水力割缝。割缝过程中，发生了大量煤块和气体喷出的事件，如图2所示。事后估算，煤体破坏的弹性余能大约为2 000 Nm ，气体的压缩能为50 000 Nm ，最小破坏能量为5 100 Nm 。之所以发生这一动力破坏事件，主要是由于弹性余能和气体的压缩能转化为岩体抛射的动能所致。
1978年，在抚顺龙凤矿602东翼采区的一煤门
第22卷 第11期 赵阳升等. 岩体动力破坏的最小能量原理
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图1 1 000 t 大型岩体真三轴试验机 Fig.1 10 MN triaxial machines of rock mass
图2 割缝中发生的喷出事件 Fig.2 Outburst case when cutting fracture
5/4东工作面，发生一次0.6级的冲击地压，突出煤量138.6 t ，该煤层埋深700 m 。这是一次没有气体参予的岩体动力破坏事件，正是动力破坏的弹性余能的作用，使138.6 t 煤体抛出，而且岩体发生剧烈的振动。
1975年8月8日，四川三汇一矿+280水平，主平峒揭穿K1煤层时，发生一次特大型瓦斯和煤突出事件，突出煤量1.3×104
t ，瓦斯量140×104
t 。这也是由于岩体中弹性余能和气体的压缩能转化为岩体抛射的动能所致。
假设在1 000 m 深度的地层中，垂直应力25 MPa ，水平应力20 MPa ，岩体的弹性模量2 000 MPa ，泊松比0.3，单轴抗压强度20 MPa ，由于一次爆破导致的岩体破坏范围为10 m ×10 m ×10 m = 1 000 m 3，由此引走的岩体释放的动力破坏弹性余能则为9.25×107 Nm 。
4 结 论
本文在详细论述岩体材料的基本特征以及应力状态不同时所需要的破坏能量存在很大差异的基础上，提出了岩体动力破坏的最小能量原理：这就是岩体在三向应力作用下，集聚了大量的弹性能，当破坏一旦启动后，岩体应力重新调整，应力状态即迅速转变为二向，最终转变为单向应力状态，其破坏真正需要消耗的能量总是呈单向应力状态的破坏能量，即E E 2/2c min f σ=或=min f E G 2/2c τ，而这种能量就是岩体破坏的最小能量，这就是岩体动力破坏的最小能量原理。
三向应力状态岩体中储存的弹性能E 3与最小破坏能min f E 的差Wc =min f 3E E ?被称为岩体破坏的弹性余能。大部分情况下，这部分能量以动能形式释放，这是在岩体工程设计与施工中必须考虑的重要因素。
参 考 文 献
1 古德生，李夕兵. 香山科学会议报告[R]. 北京：2001
2
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赵阳升，王笑海，段康廉等. 岩体各向异性的尺度变换不对称性[J]. 岩石力学与工程学报，2002，21(11)：1 594～1 597 5 陶振宇. 岩石力学的理论与实践[M]. 北京：水利出版社，1982 6
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,. 五、岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延
,. 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。
,. 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则
,. 1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 适用条件： 单向应力状态。对复杂应力状态不适用。 写成解析式： 0))()((22322 2221=---R R R σσσ 0))()((223222221≥---R R R σσσ 破坏
,. 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 u εε≥max 式中 m ax ε——岩石内发生的最大应变值； u ε——单向拉、压时极限应变值； 这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）
第24卷第22期岩石力学与工程学报V ol.24 No.22 2005年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2005 岩石破坏机理及节理裂隙分布尺度效应的非线性 动力学分析与应用 刘传孝 (山东科技大学资源与环境工程学院，山东青岛 266510) 博士学位论文摘要：通过MTS系统、扫描电镜和光学电子显微镜等岩石力学实验研究，抽象出砂岩全应力–应变实验曲线的3种典型形态，从断裂损伤角度探讨了岩石节理裂隙微观、细观和宏观破坏的机理联系。提出了圆与正方形相耦合的分形维数计算方法和相空间重构时滞判定的功率谱分析法，将该方法应用于岩石节理裂隙分布尺度效应研究和混沌动力学评价TDS准则的建立；同时，补充了非线性动力学研究的基础理论与方法。运用分形理论分析砂岩跨越尺度界限的微、细、宏观节理裂隙分布特征，得到了砂岩节理裂隙分布的无标度区域，为解决岩石断裂机理的尺度效应问题提供了可行途径。在无标度区域建立了定量描述岩体结构的节理裂隙分布(条数)预测模型，并将该预测模型应用于岩石破坏机理的离散单元法研究。通过岩石力学实验建立了混沌动力学评价岩石节理裂隙系统破坏的TDS准则数学模型，在一定程度上克服了Wolf方法判定混沌动力学指标鲁棒性较差的局限。提出岩石全应力–应变曲线的二分法原则，应用混沌动力学评价TDS准则定性研究了砂岩全应力–应变曲线的分段特征，运用Kolmogorov熵理论实现了岩石节理裂隙贯通与否的定量判别，并尝试应用于岩石强度准则的研究。基于断裂力学理论及能量余法建立坚硬顶板及三维顺层滑坡系统的运动方程，运用混沌动力学评价TDS 准则分析运动方程的稳定性，得到了资源开采活动对坚硬顶板系统稳定性的扰动规律和三维顺层滑坡体阻尼敏感的系统效应。混沌动力学理论与3DEC反演建模相结合，研究坚硬顶板运动的阶段特征，由此可以控制坚硬顶板从冲击性整体运动向周期性分段运动转化，并实现对其运动状态的短时预测。将混沌动力学评价TDS准则应用于现场顺层滑坡的稳定性评价，得到阶段Kolmogorov熵值的升高是滑坡体稳定性状态突变时机及临界状态预测的关键，证明了从能量角度分析与预测滑坡系统运动状态这一方法是可行的。 关键词：岩石力学；破坏机理；节理裂隙；尺度效应；非线性动力学；分形；混沌；3DEC 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)22–4202–01 ANALYSIS AND APPLICATION OF ROCK DAMAGE MECHANISM AND SCALE EFFECT ON JOINTS DISTRIBUTION WITH NONLINEAR DYNAMICS LIU Chuan-xiao (College of Resources and Environmental Engineering，Shandong University of Science and Technology，Qingdao266510，China) 收稿日期：2005–09–12 作者简介：刘传孝(1970–)，男，2005年于山东科技大学资源与环境工程学院获工学博士学位，导师为蒋金泉教授，现为副教授，主要从事非线性动力学、计算力学、岩土力学与工程等方面的教学与研究工作。E-mail：lchuanx@https://www.doczj.com/doc/157604368.html,。
某滑坡的变形和破坏机理分析研究 介绍了某滑坡的特征，分析了滑坡区区域工程地质和水文地质特征，对该滑坡体的变形和破坏机理进行了研究和分析。分析表明：人为活动和地形地貌是滑坡发生变形破坏的主要因素，降雨诱发、岩层产状等因素是造成滑坡发生滑动和进一步破坏的诱发因素。 标签：滑坡变形破坏诱发因素 1概述 塔山滑坡位于广东省开平市长沙区平岗村塔山开元塔底。由于建设工程的需要，在塔山的东南侧进行采石，采用放炮等土石法，致使塔山南侧岩石大量开采形成陡崖，并使周边岩土体产生裂缝，之后由于人为因素和自然因素的影响，塔山南侧裂缝逐渐扩大，至90年代，开始形成滑坡。1999～2001年，在修建塔山公园公路时对山体坡脚进行开挖，在公路北侧形成高约10～17m，坡度约35～45°的高陡边坡，滑坡距公路最近的平岗村居民区约22m，山坡坡脚距公路最近仅2m左右。2004年和2005年雨季，由于连降暴雨，滑坡有活动下滑的趋势，滑坡体前缘公路路面隆起，最高处隆起约40cm，隆起部分面积约有20～30m2，公路北侧排水沟产生变形歪斜，部分已经破坏，水沟上方在雨水后有地下水浸出，形成间歇性下降泉，平岗村内部分房屋墙面产生裂痕，进出塔山公园的公路曾数次被塔山山坡上崩塌的土体破坏。 2滑坡变形形态特征 X 根据实地踏勘，除滑坡体后壁出现较大裂缝外，滑坡周界及滑坡体底部也有约13处裂缝，现将裂缝走向一致的裂缝分为一组，共五组裂缝（表1）。 3滑坡体的工程地质与水文地质特征 塔山滑坡滑坡体主要由第四系坡积土层、风化残积土层、侏罗系中上统百足山群、全风化、强风化、少量中风化基岩组成（见图1）。滑坡体中上部为残积土层，主要由粉土、粉质粘性土组成，呈可塑状或松散状，含较多的碎石和砂、砾石，透水性较好；风化残积土层主要由粉质粘性土，含少量碎石和砂砾石组成，局部夹有全风化、强风化岩，其透水性较差；基岩主要为全风化、强风化泥质粉砂岩，含少量强、中风化岩块，其透水性较好；滑床基本处在中—微风化泥质粉砂岩、粉砂质泥岩中，岩石呈中厚层状，岩质坚硬，局部裂隙发育，透水性好。 滑坡区地下水主要为第四系冲积土层、残坡积土层中的孔隙水和基岩裂隙水，地下水补给来源主要为大气降水的渗入补给和相邻含水层之间的侧向补给。
南华大学-岩石的爆破破碎机理 第七章岩石的爆破破碎机理 概论 爆破是目前采矿工程中和其他基础工程中应用最广泛最频繁的一种破碎岩石的有效手段。为了更有效的利用炸药爆炸释放的能量达到一定的工程目的，研究炸药包爆炸作用下岩石的破碎机理是一项重要的科研课题。 炸药爆轰过程属于超动态动力学问题，从药包起爆到岩石破碎，只有几十微秒。 岩石的爆破机理研究是在生产实践的基础上，借助于高速摄影，模拟试验，数值分析对爆破过程中在岩石内发生的应力、应变、破裂、飞散等现象的观测基础上总结而成的。 （讲课时间5分钟） 第一节岩石爆破破坏的几种假说 一、爆炸气体产物膨胀压力破坏理论（讲课时间10分钟） 岩石主要由于装药空间内爆炸气体产物的压力作用而破坏。 炸药爆炸—气体产物（高温，高压）—在岩中产生应力场—引起应力场内质点的径向位移—径向压应力—切向拉应力—岩石产生径向裂纹；如果存在自由面，岩石位移的阻力在自由面方向上最小，岩石质点速度在自由面方向上最大，位移阻力各方向上的不等形成剪切应力导致岩石剪切破坏；爆炸气体剩余压力对岩块产生进一步的抛掷。 这种理论认为： 1、炸药的能量中动能仅为5%~15%，大部分能量在爆炸气体产物中； 2、岩石发生破裂和破碎所需时间小于爆炸气体施载于岩石的时间。 二、冲击波引起应力波反射破坏理论（讲课时间5分钟） 岩石的破坏主要是由自由面上应力波反射转变成的拉应力波造成的。 爆炸冲击波在自由面反射为拉伸波，岩石的抗拉强度低，岩石易受拉破坏。这种理论主要依据： 1、岩体的破碎是由自由面开始而逐渐向爆心发展的； 2、冲击波的压力比气体膨胀压力大得多。
图7-1 反射拉伸破坏 三、爆炸气体膨胀压力和冲击波所引起的应力波共同作用理论 （难点）（讲课时间10分钟） 爆破时岩石的破坏是爆炸气体和冲击波共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用。 爆轰波衰减成应力波造成岩石“压碎”，压碎区以外造成径向裂隙。气体产生“气楔作用”使裂隙进一步延伸和张开，直到能量消耗完。尽管炸药的能量中动能仅为5%~15%，但岩石开始的破裂阶段是非常重要的。 爆炸气体产物膨胀的准静态能量是破碎岩石的主要能源，炸药作功能力同它的爆热和爆容有关。冲击波作用重要性同岩石的特性有关。岩石波阻抗较高时，要求有较高的应力波峰值，此时冲击波的作用更为重要。岩石按波阻抗值分为三类： 1、岩石波阻抗为10X105~25X105（g/cm2·s）； 2、岩石波阻抗为5X105~10X105（g/cm2·s）； 3、岩石波阻抗为2X105~5X105（g/cm2·s）。 不同条件下和不同目的情况下的爆破，可以通过控制炸药的应力波峰值和爆炸生成气 体的作用时间来达到预期目的
第一章岩石物理力学性质；1.构成岩石的主要造岩矿物有哪些？；答：岩石中主要造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、；2.为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？；答：基性和超基性岩石主要是由易风化的橄榄石、辉石；3.常见岩石的结构连接类型有哪几种？各有什么特点；答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连；结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起；4.何谓岩石中的 第一章岩石物理力学性质 1.构成岩石的主要造岩矿物有哪些？ 答：岩石中主要造岩矿物有：正长石、斜长石、石英、黑云母、白云母、角闪石、辉石、橄榄石、方解石、白云石、高岭石、磁铁矿等。 2.为什么说基性岩和超基性岩最容易风化？ 答：基性和超基性岩石主要是由易风化的橄榄石、辉石及斜长石组成，所以非常容易风化。 3.常见岩石的结构连接类型有哪几种？各有什么特点？ 答：岩石中结构连接的类型主要有两种，分别是结晶连接和胶结连接。 结晶连接指矿物颗粒通过结晶相互嵌合在一起。这类连接使晶体颗粒之间紧密接触，故岩石强度一般较大，抗风化能力强；胶结连接指岩石矿物颗粒与颗粒之间通过胶结物连接在一起，这种连接的岩石，其强度主要取决于胶结物及胶结类型。 4.何谓岩石中的微结构面，主要指哪些，各有什么特点？ 答：岩石中的微结构面（或称缺陷）是指存在于矿物颗粒内部或矿物颗粒及矿物集合之间微小的若面及空隙。包括矿物的解理、晶格缺陷、晶粒边界、粒间空隙、微裂隙等。
矿物解理面指矿物晶体或晶粒受力后沿一定结晶防线分裂成光滑平面，解理面往往平行于矿物晶体面网间距较大的面网。 晶粒边界：由于矿物晶粒表面电价不平衡而引起矿物表面的结合力，该结合力源小于矿物晶粒内部分子、原子、离子键之间的作用力，因此相对较弱，从而造成矿物晶粒边界相对软弱。微裂隙：指发育于矿物颗粒内部及颗粒之间的多呈闭合状态的破裂痕迹线。具有方向性。粒间空隙：多在成岩过程中形成晶粒之间、胶结物之间微小的空隙。 5.自然界中的岩石按地质成因分类，可以分为几大类，各大类有何特点？ 答：按地质成因分类，自然界中岩石可分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。 岩浆岩按照岩浆冷凝成岩的地质环境不同又可分为深成岩、浅成岩和喷出岩。其中深成岩常形成巨大的侵入体，有巨型岩体，大的如岩盘、岩基，其形成环境都处在高温高压之下，形成过程中由于岩浆有充分的分异作用，常常形成基性岩、超基性岩、中性岩及酸性、碱性岩等，其岩性较均一，变化较小，岩体结构呈典型的块状结构，结构多为六面体和八面体，岩体颗粒均匀，多为粗-中粒结构，致密坚硬，空隙少，力学强度高，透水性弱，抗水性强；浅成岩成分与相应的深成岩相似，其产状多为岩床、岩墙、岩脉等小侵入体，岩体均一性差，岩体结构常呈镶嵌式结构，岩石常呈斑状结构和均粒-中细粒结构，细粒岩石强度比深成岩高，抗风化能力强，斑状结构则差一些；喷出岩有喷发及溢流之别，其结构比较复杂，岩性不一，各向异性显著，岩体连续性差，透水性强，软弱结构面发育。 沉积岩是由风化剥蚀作用或火山作用形成的物质，在原地或被外力搬运，在适当条件下沉积下来，经胶结和成岩作用而形成的。其矿物成分主要是粘土矿物、碳酸盐和残余的石英长石等，具层理构造，岩性一般具有明显的各向异性，按形成条件和结构特点，沉积岩可分为：火山碎屑岩、胶结碎屑岩、粘土岩、化学岩和生物化学岩等。 变质岩是在已有岩石的基础上，经过变质混合作用形成的。因其形成的温度、压强等变质因素复杂，其力学性质差别很大，不能一概而论。 6.表示岩石物理性质的主要指标及其表示方式是什么？
一“直冲”破坏 1从外行的角度谈谈子弹射击玻璃的破坏现象，当高速子弹射到四边嵌固的平板玻璃上， 在冲击波与子弹冲量作用下，玻璃将被直穿出一个孔，此可称为“直冲”，这大概是冲 击波速远大于玻璃的应力波速度而造成上述的所谓“直冲”破坏；当一位大力士用尖头 锤击玻璃，在猛烈的敲击下，玻璃将会产生钉锤下的小孔及其沿小孔周边呈局部的放射 状的裂缝，这样的破坏现象很类似我们钢筋混凝土板发生的受冲切承载力破坏，故可称 之为“冲切”；如果对该平板玻璃施加一个居中的集中荷载，按静力加荷方式直至玻璃 破坏，此时会发现平板玻璃的跨厚比较大的情况下，会出现类似数条大裂缝而迅即脆性 破坏，这属玻璃特性，但在此拟其为呈平板结构的受弯状破坏，或者此拟为钢筋混凝土 平板呈双向板塑性铰线似的破坏。 2对金属板产生“直冲”破坏的典型例子是：冲床冲孔，其孔必然是垂直的。 3发生“直冲”破坏的条件是：被“直冲”破坏的板类部件本身要具备足够的刚性和整体 承载力，才能实现局部的“直冲”破坏；局部的“直冲”承载力将会受到周边结构部位 的约束，其“直冲”能力将会有较大提高，这里可能会涉及双向或三向的强度问题。 4对钢筋混凝土板进行“直冲”的试验研究，据我的估计是极少的，在六十余载从事钢筋 混凝土研究中，甚少见到这方面的论文可供参照。我个人曾在下放到预制构件厂工作时，模拟杯口基础底板冲切试验，但发现破坏均呈“冲切”的喇叭口状，如下列图示；对于 素混凝土板进行“直冲”试验，按我的想象，可按下列图示来做： （a）素混凝土“冲切”试验（b）素混凝土“直冲”试验 素混凝土板试验 从上述两种破坏图示意中可知，两种试验的承载力值必定是： 实际冲切锥呈喇叭状破坏面上主要靠混凝土抗拉强度来抵抗破坏面上的主拉应力（概念 表述，并不准确）；而在“直冲”试验中，“直冲柱体”受到周边混凝土块体的约束， 沿破坏面上的压剪强度会有较大提高。 因此，不能简单地看到柱头顶穿楼板呈“直冲柱体”状的破坏面，就认为是“直冲”破坏。 二“直剪”破坏
岩石的破坏准则 岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延 1
岩石的破坏准则 2 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。
岩石的破坏准则 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则 3
岩石的破坏准则 4 1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 适用条件： 单向应力状态。对复杂应力状态不适用。 写成解析式： 破坏
岩石的破坏准则 5 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 式中 m ax ε——岩石内发生的最大应变值； u ε——单向拉、压时极限应变值； 这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）
2.1岩石破坏强度准则 岩石的破坏主要与外荷载的作用方式、温度及湿度有关。一般在低温、低围压及高应变率的条件下，岩石表现为脆性破坏，而在高温、高围压、低应变率作用下，岩石则表现为塑性或者塑性流动。对于较完整的岩石来说，其破坏形式可以分为：1)脆性破坏；3)延性破坏。图2-1给出了不同应力状态下岩石破裂前应变值、破坏形态示意图和典型的应力-应变曲线示意图。 图2-1岩石破坏形态示意图 从图2-1中可以看出岩石破裂种类繁多、岩石破坏过程中的应力、变形、裂纹产生和扩展极为复杂，很难用一种模型进行描述，很多学者针对不同岩石破坏特征提出多种不同岩石的强度破坏准则。本节主要对已有的岩石强度破坏准则进行总结，找出它们各自的优缺点。 2.1.1最大正应力强度理论 最大正应力强度理论也称朗肯理论，该理论是1857年提出的。它假定挡土墙背垂直、光滑，其后土体表面水平并无限延伸，这时土体内的任意水平面和墙
的背面均为主平面（在这两个平面上的剪应力为零），作用在该平面上的法向应力即为主应力。朗肯根据墙后主体处于极限平衡状态，应用极限平衡条件，推导出了主动土压力和被动土压力计算公式。 考察挡土墙后主体表面下深度z 处的微小单元体的应力状态变化过程。当挡土墙在土压力的作用下向远离土体的方向位移时，作用在微分土体上的竖向应力sz 保持不变，而水平向应力sx 逐渐减小，直至达到土体处于极限平衡状态。土体处于极限平衡状态时的最大主应力为s1=gz ，而最小主应力s3即为主动土压力强度pa 。根据，当主体中某点处于极限平衡状态时，大主应力1σ和小主应力3σ之间应满足以下关系式： 粘性土： 213...2tan tan 454522c ??σσ??????=-++ ? ???? ?（1） 无粘性土 231.tan 452 ?σσ? ??=- ?? ? （2） 该理论认为材料破坏取决于绝对值最大的正应力。因此，作用于岩石的三个正应力中，只要有一个主应力达到岩石的单轴抗压强度或岩石的单轴抗拉强度，岩石便被破坏。 因此，朗肯强度破坏准则可以表示为：c σσ≥1，或者t σσ-≤3 式中，1σ为岩石受到的最大主应力，MPa ；3σ为岩石受到的最小主应力，MPa ；c σ为岩石单轴抗压强度，MPa ；t σ为岩石抗拉强度，MPa 。 朗肯强度破坏准则只适用于岩石单向受力及脆性岩石在二维应力条件下的受拉状态，处于复杂应力状态中的岩石不能采用这种强度理论。 2.1.2最大正应变强度理论 岩石受压时沿着平行于受力方向产生张性破裂。因此，人们认为岩石的破坏取决于最大正应变，岩石发生张性破裂的原因是由于其最大正应变达到或超过一定的极限应变所致。根据这个理论，只要岩石内任意方向上的正应变达到单轴压缩破坏或单轴拉伸破坏时的应变值，岩石便被破坏。
现代爆破理论2006年6月16日
前言 随着爆破技术和相邻学科的发展，爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩体结构力学、岩石动力学和计算机模拟爆破技术的发展，使爆破理论的研究更实用化，更系统化了。 当今岩体力学已从以材料力学为基础的连续介质岩体力学发展为以工程地质为基础的非连续介质岩体力学。岩体结构面特征对爆破的影响日益引起人们的重视。 岩石动力学作为爆炸力学、冲击力学与爆破工程相结合的一门边缘学科，它的产生和发展无疑对岩石爆破破碎原理的研究是一种推动力量。 计算机模拟爆破技术的发展，不仅可以预算出最优的爆破效果，而且可以在计算机上再现岩石爆破的动态过程，从而大大减少现场试验所消耗的人力、物力，并能准确地查明各种因素对爆破效果的影响。它代表着90年代爆破技术的最高水平，也是爆破技术由工艺过渡到科学的重要标志之一。但是，从总体上看，爆破理论的发展仍然滞后爆破技术的要求，理论研究和生产实际仍有不小的差距。再加上爆破过程的瞬时性和岩石性质的模糊性、不确定性、致使爆破理论众说纷法，争论不止。美国矿业局W．L．福尔内（Faurney）等人认为：“岩石破碎的过程仍然没有阐明，在公开文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点……”南非的C．V．B．坎宁安（Cunninghan）在论及岩石爆破过程中动压与静压哪个占主导地位时谈到“60年代以来，一直为人们所争论，毫无疑问，今后仍将争论一段时间”。南非矿业研究会高级工程师J．R布里克曼（Brinkman）在1987年召开的第二届爆破破岩国际会议（2nd International Symposium on Rock Fragmentation byBlasting）上谈到：“岩石爆破破碎机理目前仍存在着相互矛盾的观点”。 在爆破理论迅速发展又众说纷云、相互矛盾的情况下，从发展的角度去研究不同时期各派爆破理论的主要论点、依据，从中找出发展趋势，无论是对于爆破理论本身的研究还是指导工程实践都有着重要意义。 爆破理论的传统内容包括，岩石是在什么作用力下破碎的；破碎的规律以及其影响因素。随着人们对爆破现象认识的逐步加深，对于爆破理论的研究内容和范围也相应扩大。 1958年日本召开的岩石爆破机理讨论会上，东京大学的山口梅太郎认为，爆破机理的研究范围应该包括： （1）力学的爆破机理： 理论的研究； 爆破时的各种测定； 现场爆破效果的总结。 （2）关于炸药的研究： 广义的炸药破坏力的研究； 药室内压力的研究。 （3）对作为爆炸对象的岩石性质的研究： 岩石物理性质的研究； 作为岩体的岩石性质的研究。 实践证明，这些观点已被很多人接受。前苏联学者A．H．哈努卡耶夫（Ханукаев）认为，爆破法破碎岩石的过程就是岩石爆破的物理过程。要使更多的炸药能量用于破碎岩石，就必须使炸药的爆轰性能与岩石的性质相匹配。因此，炸药的研究和岩石性质的研究构成了爆破机理研究的重要组成部分。我国著名学者杨善元教授认为，爆破是一种动态的力学过程，用“岩石爆破动力学”来概括岩石爆破的理论基础比较合适，其内容应该包括：（1）波动物理学； （2）爆炸力学（包括热流体力学与冲击波理论，热化学与爆轰理论）；
第二章 岩石破坏机制及强度理论 第一节 岩石破坏的现象 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种 一、拉破坏：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力方向平行的裂隙。 二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 (a ) (b )
三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 从岩石破坏的现象看，从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，并可归纳为两种，拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。 对岩石破坏的研究： 在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，不同应力的组合有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，因此在一般应力状态，对岩石破坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系 123(,)f σσσ= 研究的方法有：理论分析；2、试验研究；3、理论研究结合试验研究。 第二节 岩石拉伸破坏的强度条件 一、最大线应变理论 该理论的主要观点是，岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力状态无关。强度条件为 c εε≤ (2-1) c ε—拉应变的极限值，ε—拉应变。
若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下σ1>σ2>σ3下， 3ε是最小主应力。按弹性力学有3 3E E σμ εσσ= -12（+），即33E εσμσσ=-12（+）。若3ε<0则产生拉应变。由于E >0，因此产生拉应变的条件是 3σμσσ-12（+）<0，3μσσσ12（+）> 若3ε=0ε<0则产生拉破坏，此时抗拉强度为0t E σε＝?0t E σε＝。 按最大线应变理论30εε≥破坏，即 312()t σμσσσ-+≥ (2-2) 式中0ε是允许的拉应变。 二、格里菲斯理论 格里菲斯理论的主要观点是：材料内微小裂隙失稳扩展导致材料的宏观破坏。 格里菲斯理论的主要依据是：1）、任何材料中总有各种微小微纹；2）、裂纹尖端的有严重的应力集中，即应力最大，并且有拉应力集中的现象；3）、当这种拉应力集中达到拉伸强度时微裂纹失稳扩展，导致材料的破坏。 格里菲斯理论的来源：由玻璃破坏得到的启示。 格里菲斯理论的基本假设为： 1、岩石的裂隙可视为极扁的扁椭圆裂隙； 2、裂隙失稳扩展可按平面应力问题处理； 3、裂隙之间互不影响。 按格里菲斯理论，裂纹失稳扩展条件为 1）、当1330σσ+>时，满足 21313()8()0t σσσσσ-++= (2-2)
岩石的爆破破碎机理2008-07-09 17:39 一、岩石爆破破碎的主因 破碎岩石的炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。但是岩石破碎的主要原因究竟是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。 1、冲击波拉伸破坏理论（该观点的代表人物日野熊、美国矿业局的戴维尔） 当炸药在岩石中爆轰时，生成的高温、高压和高速的冲击波猛烈冲击周围的岩石，在岩石中引起强烈的应力波，它的强度大大超过了岩石的动抗压强度，因此引起周围岩石的过度破碎。当压缩应力波通过粉碎圈以后，继续往外传播，但是它的强度已大大下降到不能直接引起岩石的破碎。当它达到自由面时，压缩应力波从自由面反射成拉伸应力波，虽然此时波的强度已很低，但是岩石的抗拉强度大大低于抗压强度，所以仍足以将岩石拉断。这种破裂方式亦称“片落”。随着反射波往里传播，“片落”继续发生，一直将漏斗内的岩石完全拉裂为止。因此岩石破碎的主要部分是入射波和反射波作用的结果，爆炸气体的作用只限于岩石的辅助破碎和破裂岩石的抛掷。 2、爆炸气体的膨胀压理论（该观点的代表人物村田勉等） 从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同的径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。它在很大程度上忽视了冲击波的作用。 3、冲击波和爆炸气体综合作用理论（该观点的代表人物有C.W.利文斯顿、φ.A.鲍姆，伊藤一郎，P.A.帕尔逊、H.K.卡特尔，L.C.朗和N.T.哈根等）这种观点的学者认为：岩石的破碎是由冲击波和爆炸气体膨胀压力综合作用的结果。即两种作用形式在爆破的不同阶段和针对不同岩石所起的作用不同，爆炸冲击波（应力波）使岩石产生裂隙，并将原始损伤裂隙进一步扩展；随后爆炸气体使这些裂隙贯通、扩大形成岩块，脱离母岩。此外，爆炸冲击波对高阻抗的致密、坚硬岩石作用更大，而爆炸气体膨胀压力对低阻抗的软弱岩石的破碎效果更佳。 二、炸药在岩石中的爆破作用的范围 1、炸药的内部作用 假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均质岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎区、裂隙区及弹性振动区。 （1）粉碎区（压缩区） 炸药爆炸后，爆轰波和高温、高压爆炸气体迅速膨胀形成的冲击波作用在孔壁上，都将在岩石中激起冲击波或应力波，其压力高达几万MPa、温度高达30000以上，远远超过岩石的动态抗压强度，致使炮孔周围岩石呈塑性状态，在几到几十毫米的范围内岩石熔融。尔后随着温度的急剧下降，将岩石粉碎成微细的颗粒，把原来的炮孔扩大成空腔，称为粉碎区。如果所处岩石为塑性岩石（黏土质岩石、凝灰岩、绿泥岩等），则近区岩石被压缩成致密的、坚固的硬壳空腔，
3滑坡破坏机理研究及稳定性计算 3.1边坡滑坡破坏机理 3.1.1水平坡的变形破坏机理 水平坡是指岩层倾向大致与边坡走向一致，而岩层倾角小于软弱岩层面残余摩擦角的一类层状岩质边坡。这类边坡的主要变形机理为滑移——压致拉裂，在这一变形机制下，其可能的破坏模式为转动型滑坡<弧面破坏），具体过程描述如下：边坡形成后由于卸荷回弹或者蠕变，坡体沿平缓结构面向坡前临空方向产生缓慢的滑移。滑移面的锁固点或错列点附近，因拉应力集中生成与滑移面近于垂直的拉张裂隙，向上<个别情况向下）扩展且其方向渐转成与最大主应力方向趋于一致<大体平行坡面）并伴有局部滑移。这种拉裂面的形成机制与压应力作用下格里菲斯裂纹的形成扩展规律近似，所以它应属于压致拉裂。滑移和拉裂变形是由斜坡内软弱结构面处自下而上发展起来的。 据实例分析和模拟研究，这类变形演变过程可分为三个阶段<图3-1）。 图3-1滑移-压致拉裂变形演变图 <1）卸荷回弹阶段 人工边坡在边坡开挖形成后，由于边坡以外岩土体的卸除原有的平衡状态被打破，边坡岩土体将向临空面方向发生膨胀变形。对近水平层状岩质边坡而言，这种变形表现为沿岩层面向临空面方向缓慢滑移，如图3-1 <2）压致拉裂面自下而上扩展阶段 坡底附近岩层在上面岩土体的高压力作用下，随着滑移变形的发展，逐渐产生近似垂至于岩层面的裂隙，如图3-1 黄志强 （桂林工学院，广西，桂林541004） 【摘 要】岩体的软弱层面会影响到爆破破碎效果，如何确定岩石材料的缺陷在爆破破碎中的影响因子是研究岩石破碎机理的关键。通过对当前岩石爆破破碎的研究现状进行综合分析、评述，讨论了岩石爆破破碎机理研究的要点以及今后的研究重点，为后续相关研究指出了方向。 【关键词】岩石破碎；爆破机理；损伤 【中图分类号】TD231.1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2007)12-0086-02 岩石爆破的破碎效应是影响交通土建、水利、矿山等工程效益的重要指标，它影响到生产过程中的铲装、运输和粗碎等工序的效率和成本，也影响到道路、堤坝等基础工程的渗透性、沉降性和稳定性。因此，岩石爆破破碎理论的研究一直是岩石动力学和岩石爆破研究领域的一个热点问题，研究并揭示爆破作用下岩石破碎机理对促进爆破理论和相关技术的发展、提高工程质量和效益具有十分重要的理论和实际意义。 （一）当前研究成果 岩体由于其材料的特殊性，内部具有较多的节理、裂隙、层理等不连续层面，这些不连续面对爆破破碎效果会产生严重的影响，主要体现在应力集中、应力波反射增强、能量耗散、高压爆生气体外逸等。因此在岩石爆破设计、施工中如何处理岩石中的不连续面对爆破效果的影响，是当前研究岩石爆破破碎机理的主要问题。 国内外学者进行的大量研究指出：裂隙岩石的破碎是由爆炸冲击波与爆生气体共同作用的结果，但与均匀介质材料爆破相比，岩体的破碎主要是爆炸应力波作用的结果，裂隙岩体的爆炸气体膨胀压力较小，只是当应力波将岩石破碎成块以后，起到促使碎块分离的作用；应力波在裂隙岩体的传播过程中，在裂隙之间传播的扰动将会产生新的破裂；由于裂隙的发展速度有限，爆炸载荷的速率对裂隙的成长有较大的作用，而高应变率载荷容易产生较多的裂隙。 在此基础之上，当前的相关研究主要在两方面展开，一是追求普遍适用于各种爆破计算和分析、旨在建立相关计算模型的理论研究；一是结合一定工程实践，适用于一定范围的具体工程设计和参数优化的实验研究。在理论研究方面，从岩石破碎研究的发展历程来看，可将其分为弹性理论阶段、断裂理论阶段、损伤理论阶段和分形损伤理论4个阶段。 1.弹性理论阶段 弹性力学模型将岩石视为各向同性的均质、连续的弹性体，岩石在爆炸荷载作用下的破坏是因其内部最大应力超过岩石应力极限引起的。在破碎之前，岩石处于弹性状态。这种理论以弹性力学及有限元方法为基础，运用现代计算机技术可方便的简化工程问题、建立力学模型并加以分析计算。由于这种理论模型不考虑岩石的材料缺陷，其理论基础与实际情况有一定的差距。 2.断裂理论阶段 断裂力学模型认为岩石中的裂纹扩展及断裂破坏是影响岩石爆破破碎效果的主要因素。与弹性模型不同的是该类模型将岩石视为含有微裂纹的脆性材料，岩石的破化过程就是其内部裂纹产生、扩展和断裂的过程。但断裂力学模型仍将裂纹周围看作是均匀的连续介质，因而其仅适用于宏观裂纹形成之后的断裂阶段，对材料开始劣化到宏观裂纹形成之间的力学行为和物理过程并未进行分析描述，其适用范围只限于宏观裂纹已形成的有层理或沉积类岩石。 3.损伤理论阶段 1980年美国Sandia国家实验室的Kipp和Grady开始进行岩石爆破损伤模型的研究，他们认为岩石中存在着大量随机分布的原生裂纹，在爆破作用下部分原生裂纹将被激活并发生扩展，激活的裂纹数服从指数分布。他们运用损伤因子D表示这些岩石裂纹开裂及损伤程度。经过 Seamen、Grady、Kipp、Kus 等人的努力，最后，由 Throne 进一步完善建立了一个能 【收稿日期】2007-10-29 【作者简介】桂林工学院青年扶持基金项目，桂工院科［2007］4号 【作者简介】黄志强（1977－），男，四川武胜人，桂林工学院讲师，主要从事工程力学相关科研工作。 岩石爆破破碎机理研究 精品文档 第二章岩石破坏机制及强度理论 岩石破坏的现象第一节 在不同的应力状态下，岩石的破坏机制不同，常见的岩石破坏形式有以下几种：岩石试件单向抗压的纵向裂纹，矿柱，采面片帮。特点出现与最大应力一、拉破坏方向平行的裂隙。 ) (b) (a 形破坏。从应力分析可知，单向压缩下某一剪二、剪切破坏：岩石试件单向抗压的X 切面上的切向应力达到最大引起的破坏。 精品文档． 精品文档 三、重剪破坏：即沿原有的结构面的滑动、重剪破坏 主要的机制：岩体受剪切作用或者受拉应力的作用、三向受压情况下多数为剪切应力的作用，侧向压力较小时可能是拉神破坏，实际工程中可能是不同机制的组合，但侧向应力较大时，可以认为剪切应力是岩石重剪破坏的主要破坏机制。 并可归纳从小到几厘米的岩块到大的工程岩体，破坏形式雷同，从岩石破坏的现象看，为两种， 拉断与剪坏，因此有一定的规律可寻。对岩石破坏的研究：不同应力的组合在单向条件下可以从实验得到破坏的经验关系。但是三向受力条件下，对岩石破因此在一般应力状态，有无穷多种，因此无法仅仅依靠实验得到破坏的经验关系，坏的研究需要结合理论分析和试验研究两个方面。现代关于岩石破坏的理论分析一般归结为、寻求破坏时的主应力之间的关系???)(,?f321、理论研究结合试验研究。、试验研究；3研究的方法有：理论分析；2 岩石拉伸破坏的强度条件第二节 一、最大线应变理论岩石中某个面上的拉应变达到临界值时破坏，而与所处的应力该理论的主要观点是，状态无关。强度条件为(2-1) ???c—拉应变的极限值，—拉应变。??c 精品文档． 精品文档 ?是最小主应力。σ下，σ>σ>若岩石在破坏之前可看作是弹性体，在受压条件下3123??????3，E>0<0则产生拉应变。由于，即。若按弹性力学有?????）?（?+）E?（?+32312133EE因此产生拉应变的条件是 ????????）>（（?++）<0，312132??????t?E＝＝。若则产生拉破坏，此时抗拉强度为= <0 关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素 班级：____________ 姓名：____________ 学号：____________ 指导教师：__________ 关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素 摘要：岩石爆破破坏是一个高温、高压、高速的瞬态过程，在几十微秒到几十毫秒之内即完成。使得研究岩石爆破破碎机理变得困难，所提出的各种破岩理论还只能算是假说。 关键词：岩石爆破、压力膨胀、冲击波 1.岩石爆破破碎机理研究的问题 1.1岩石爆破破碎机理研究的主要内容 （1）炸药爆炸释放的能量是通过何种形式作用在岩石上； （2)岩石在这种能量作用下处于什么样的应力状态； （3）岩石在这种应力状态中怎么发生破坏、变形和运动的。 （4）影响岩石破坏的因素。 （5）炸药装药量和爆破效果关系。 1.2岩石爆破破碎机理研究存在的主要困难 (1)炸药爆炸荷载复杂性:高速、高温、高压、高能量密度荷载 (2)岩体本身的复杂性:不均质性，各向异性，非连续，非线性 (3)爆破施工工艺多样性 2.岩石爆破破碎的主因 破碎岩石时炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。但是，岩石破碎的主要原因是冲击波作用的结果还是爆炸气体作用的结果，由于认识和掌握资料的不同，便出现了不同的结果。 2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论 2.1.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论基本观点 1953年以前，该派观点在爆破界极为流行。从静力学观点出发，认为药包爆炸后，产生大量高温、高压气体，这种气体膨胀时所产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移，由于作用力不等引起的不同径向位移，导致在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂。当爆炸气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出。它在很大程度上忽视了冲击波的作用。后来经过村田勉等人的努力，利用近代观点重新做了解释，形成了一个完整的体系。 2.1.2理论依据 （1）炸药爆炸→气体产物（高温，高压）→在岩中产生应力场→ 引起应力场内质点的径向位移→径向压应力→切向拉应力→岩石产生径向裂纹 （2）如果存在自由面，岩石质点速度在自由面方向上最大，位移阻 岩石的破坏准则 对岩石试样的室内及现场试验，可获得岩石试样的强度指标，但对复杂应力状态下的天然岩体，又是如何判断其破坏呢？因此，就必须建立判断岩石破坏的准则（或称强度理论）。 岩石的应力、应变增长到一定程度，岩石将发生破坏。用来表征岩石破坏条件的函数称为岩石的破坏准则。 岩石在外力作用下常常处于复杂的应力状态，许多试验指出，岩石的强度及其在荷载作用下的性状与岩石的应力状态有着很大的关系。在单向应力状态下表现出脆性的岩石，在三向应力状态下具有延专业文档供参考，如有帮助请下载。． 性性质，同时它的强度极限也大大提高了。 专业文档供参考，如有帮助请下载。． 许多部门和学者从不同角度提出不同的破坏准则，目前岩石破坏准则主要有：最大正应力理论 最大正应变理论 最大剪应力理论（H.Tresca） 八面体应力理论 莫尔理论及库伦准则 格里菲思理论（Griffith） 伦特堡理论（Lundborg） 经验破坏准则 1、最大正应力理论 这是较早的一种理论，该理论认为岩石的破坏只取决于绝对值最大的正应力。即岩石内的三个主应力中只要有一个达到单轴抗压或抗拉强度时，材料就破坏。 或??R??R?tc13适用条件：单向应力状态。对复杂应力状态不适用。写成解析式： 222222???)?R)(R0(R??)(?312 222222???)?R0RR(?)(?)(?破坏312专业文档供参考，如有帮助请下载。． 2、最大正应变理论 该理论认为岩石的破坏取决于最大正应变，即岩石内任一方向的正应变达到单向压缩或拉伸时的破坏数值时，岩石就发生破坏。 则破坏准则为 ???u max式中——岩石内发生的最大应变值；?axm——单向拉、压时极限应变值；?u这一破坏准则的解析式为（由广义虎克定律）专业文档供参考，如有帮助请下载。． ?????)?(?????31211R?????????)(????????? 3221u E E?????????)??(????3321R或RR —c t222222??????0()(?))(???u21u3u推出：??????222222????????????R?(???[R[)]?(??)]R0[?(??)]31131322?)))R破坏232321131实验指出，该理论与脆性材料实验值大致符合，对塑性材料不适用。专岩石爆破破碎机理研究
东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论
关于岩石爆破破碎机理及影响爆破作用的因素
岩石的破坏准则
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