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岩石爆破破碎机理的分形研究

第16卷第5期1997年10月

焦作工学院学报

JOURNAL OF J IAOZUO INSTITU TE OF TECHNOLO GY

Vol 116№15

Oct.　1997

收稿日期:1997-03-25

岩石爆破破碎机理的分形研究

员小有1　杨小林1　李国富2

(1　焦作工学院建筑工程系　焦作454000　2　焦作矿务局科研所)

摘要　应用分形几何理论,研究了爆炸载荷作用下岩石块度的分布特征,发现在双对数坐标下,爆破块体粒径的质量累积百分数与粒径间呈直线关系,表明其块度分布具有分形结构。根据该直线的斜率b ,由公式D =3-b 可求得相应的分维。分维可作为描述块度分布特征的一个有序参量,其值反映了爆破块度分布的离散程度和块度的均匀程度。关键词　分形维数　爆破块度分布　块度预报预测中图法分类号　TD23511

第一作者简介　员小有,男,1965年生,工学硕士,工程师,主要从事岩土爆破工程的教学和科研工作,曾发表论文多篇。

Fractal Studies on B lasting B roking Mech anism of R ocks/Yun Xiaoyou et al 1//Dept 1of Construction E ngineering ,Jiaozuo I nstitute of T echnology ,Jiaozuo 454000

Abstract The fragment distribution of rock ,which is ground by blasting ,are studied by fractal geome 2try 1It is found that there is a linear relationship between the accumulative mass percentage and the frag 2ment size in the log -log plot ,and it shows that the fragment distribution of rock has fractal structure 1The slope “b ”in the plot can be used to calculate the relative fractal dimension “D ”by the equation D =3-b 1D may be taken as an ordered parameter ,which describes the fragment distribution character 2istics of rock 1The value of D reflects the scatter trend of distribution as well as the uniformity of frag 2ments 1

K eyw ords fractal dimension ;fragment distribution of blasting ;fragment forecasting and calculating

岩石爆破中块度分布是评定爆破质量的重要指标,它不仅影响矿山生产过程的铲装、运输和粗碎等工序的效率和生产成本,而且还影响定向爆破筑坝形成坝体的渗透性、沉陷性和稳定性。关于爆破块度的研究已经做了很多工作,采取了块度分布函数、爆堆摄影、大块统计、模糊数学、灰色理论、爆前节理裂隙分析及过程数值模拟等研究手段,现已能够确定现场爆破块度分布和评价爆破效果。但以上这些方法实施起来都比较麻烦,而且在爆破块度预报方面往往达不到要求。因此关于爆破块度的研究还需要不断开拓新的领域。

绝大多数材料在形成、演化过程中由于受各种随机因素的影响,其内部结构存在着大量不同尺度、不同类型、并且呈无序分部的微观缺陷。在冲击荷载情况下,这些微观缺陷的周围将产生应力集中,使其生长、扩展甚至贯通,同时微观缺陷的无序性被强烈地放

大。岩石类脆性材料爆破块度形成,显然是在爆炸载荷作用下产生大量断裂面相互贯通的结果。实验表明,岩体裂纹的分布及其演化在一定标度范围内具有很好的统计自相似性,而这种自相似行为导致了材料宏观破碎后所形成碎块的块度分布具有分形特征,所以可用块体的分形构造来描述爆破岩块的形成过程。因此近年来岩石材料的原始损伤及其在爆炸载荷作用下的演化规律引起了爆破理论工作者的普遍关注。

1　块度呈分形分布的微观机理

裂纹在几何上的非规则性是脆性材料的共同特征,但其分布可以看成是在不同层次、不同尺度并且按某种规则构造的裂纹嵌套,即第k +1步的小裂纹是在第k 步的大裂纹群基础上生成的子群,从而构成一个统计自相似的分布系统,因而可以用线性分形来模拟这种非规则性现象。岩石材料在爆炸载荷作用下,裂纹将在极短的时间内进行触发-扩展-触发链式生长模型的演化,从而使嵌套尺寸、层次急剧扩大和增加,而整体裂纹分布的分维D 保持不变。

文献〔3〕表明,在一定范围内,裂纹分布的统计自相似特征,在尺频关系上可用分形的基本关系--幂定律很好地描述。即根据分形的定义,为

n =n s

a 0

篇。

-D

(1)

式中,n ———裂纹尺寸大于、等于a 的裂纹数;n s ———试样中裂纹总数;a ———裂纹核尺寸或晶粒尺寸;D ———裂纹分布的分维。

以上是基于在断裂力学中常将裂纹简化为二维平面上一条直线来处理的考虑。脆性材料在爆炸冲击载荷作用下,裂纹将扩展、贯通,且伴有新裂纹产生,但由于其演化的统计自相似性,仍有类似于(1)式的关系。

为了分析的方便,可把爆炸加载过程人为地按时间划分为若干个等长的阶段,假定在爆炸加载过程中,材料中的低层次大裂纹比高层次小裂纹优先贯通断裂,那么在第k 阶段有n k 个大于、等于尺寸y min 的贯通裂纹断裂,则

n k =n sk

y min

a 0

t c

-D

(2)

式中,y min ———此阶段材料的最小贯通裂纹尺寸;n sk ———此阶段试样中裂纹总数。

由此产生的碎块总数N k 为

N k =2n k -(n k -1)=n k +1≈n sk

y min

a 0

im -D

(当n k 很大时)

(3)

y min 可看作此阶段产生的最小颗粒尺寸x min ,因此

n k =Cx -D

min

(4)

进一步可推出在爆炸载荷作用到此阶段时的块度分布为

N =Cx -D

　(x ≥x min )

(5)

式中,N ———块度尺寸≥x 的碎块数;C ———比例常数。

73?第5期员小有等:岩石爆破破碎机理的分形研究　

此阶段块度小于x 的碎块数占总碎块数的比率Y N (x )为

Y N (x )=1-Cx

-D

N k

(6)

从上面的推导可以看出,脆性材料在爆炸载荷作用的每个阶段后,其块度分布均呈分形分布,并且只与材料内部的原始裂纹有关。即在爆炸载荷作用过程的不同阶段,产生碎块块度分布的分维值是不变的,都等于材料原始裂纹分布的分维。

2　块度分布分维的推导

根据公式(6)有

d Y N (x )∝x -D -1

d x (7)

尺度在x ～x +d x 之间的碎块数目d N 表示为

d N =N k d Y N (x )

(8) 若假定岩石的密度为ρ,则尺寸在x ～x +d x 之间的碎块质量d W 可表示为

d W =ρK V x 3N k d Y N (x )(9)

式中,K V ———体积形状因子。

另外d W 还可写成下述形式

d W =W d Y W (x )

(10)

式中,W ———爆破碎块的总质量;Y W (x )———块度小于x 的碎块质量占总质量的比率。

由式(9)和(10)得

Y W (x )=ρN k (K V /W )x 3

?d Y N (x )

(11) 将式(7)代入式(11)可得

d Y W (x )∝x 2-D d x

(12) 对上式积分得

Y W (x )∝x

3-D

(13)

所以,如果爆破块度的分布满足

Y W (x )∝x

(14)

即在双对数坐标下Y W (x )与x 间存在直线段,这就表明爆破块度的分布为分形分布,

根据其斜率b 即可求得块度分布的分维值为

D =3-b

(15)

3　块度分布分维的计算

我们使用不同强度的砼试件,采用不同的不偶合装药系数进行爆破,对所形成碎块的块度分布进行统计分析后发现,同种强度试件不同装药条件下的爆破块度,在一定尺寸范围内,其块度分布呈现出分形分布特征。部分试验数据及计算结果如图1、2、3和表1所示,其中分维值D 及相关系数r 由最小二乘法求得。

?83? 焦　作　工　学　院　学　报1997年

图1

试件强度S =19170MPa

图2

试件强度S =40180MPa

图3

试件强度S =6213MPa

表1　不同不偶合系数下爆破块度分布和分形维数

抗压强度

MPa

筛　下　累　计　百　分　数

<20<40<60<80<100<120b

α=σx

1100

1917

40186213

818471777142

171651015410144

2811418.0317159

3916335124

34177

721427015070108

100100100

018693019131018754

211307210869211246

019730199301958

015832017213017312

1133

1917

40186213

916271063111

18.73121045178

32183191509141

551662912112183

781286919591173

100100100

110070018910018724

119930211090211276

019850196701972

016569018200116737

1160

1917

40186213

915061299165

161491510916125

221582813938134

461893116946191

711257118074141

100100100

018541018972019099

211459211028210901

019850197801968

015588017908015153

2100

1917

40186213

812291266182

151801918717171

221903119731187

431904117842197

741406615063144

100100100

019004019325019228

210994210675210772

019630198601996

015668015519015888

2167

1917

40186213

71241011711108

161431713816178

341542716829191

481433714049133

701117416968127

100100100

019556019424019657

210444210576210343

019930197301979

017612016575016921

4　结果讨论及分维意义

411　G-G-S 分布均匀性系数的分维性质

从表中可以看出,各相关系数之值均在1～0199之间,这种强相关性说明爆破块度分

布的分形特征是客观存在的。事实上,对于大多数脆性材料,实验表明,在爆炸载荷作用下形成的块度分布,多符合R -R (Rosin -Rammler )和G -G -S (G ate -G audin -Scuh 2mann )分布。一般认为R -R 分布倾向于粗粒端,G -G -S 分布倾向于细粒端。若将二

93?第5期员小有等:岩石爆破破碎机理的分形研究　

者的分布参数x 0、n 均作为实验回归参数,则G -G -S 分布可以看作是R -R 分布级数展开式的简化形式。G -G -S 分布函数为

Y =

x x 0

(16)

式中,Y ———块度小于x 的累积相对量,%;x ———岩石块度(筛网孔径);x 0———分布函数;n ———块度的均匀性系数。

比较式(13)、(16)得

D =3-n

(17)

由此可知,n 并非只是表示块度分布均匀程度的一般参数,同时它还可以作为反映材料结构中缺陷分布不规则性的一种度量。同种性质的材料,微观结构不同,其爆破块度分布的n 值也不同,其数值不但可以通过块度筛分结果的统计分形来确定,而且还可以通过材料结构的分形分析,由裂纹分布的分维D 来得到。

由(16)、(17)得

Y =

x 0

3-D

(18)

这样我们就得到了分维D 与块度累积相对量之间的关系。考虑到分维与岩性及载荷作用情况有关,D 可以通过实验取得经验公式或通过数值计算确定;x 0可通过统计大块率求得,所以爆破块度的分布就可用式(18)来表示。

实验证明,分维D 与炸药威力成正比,与炸药单耗成正比,而与爆前裂纹切割岩体的块度指标F 80成反比。在较破碎的岩层中,裂纹分叉的机会比在较完整岩层中要多,因而新破坏的断面粗糙度高,分维数较大。不同的炸药品种和单耗对分形维数的影响可归结为动载压力及作用时间与分维成正比关系。

把分维D 引入爆破块度分布函数(18)的意义在于:将爆破前的岩石参数、爆破参数与爆破后的块度分布指标联系起来,使得我们在施爆前只要能确定D 这个影响块度分布的指标,就可对爆破块度的分布进行预报预测了。412　分维能表征块度分布的结构特征

分形几何理论主要是研究不可积系统(即分形系统)的自相似性,分维则是描述这个系统的复杂和不规则程度的一种指标。如将爆破后所产生的全部碎块作为一个系统,显然满足G -G -S 分布的碎块集合就是一个不可积的分形系统,而块度分布的分维值也就反映了该系统物质组成的结构特征。

由G -G -S 分布的n 值意义和实验分析数据可知,块度分布的分维值能表征块度组成的集中、均匀特性。从表中的计算结果看到,表示块度分布离散程度的变异系数α=σx 越小,其分维D 也越小,说明二者之间存在着一定的对应关系。经回归分析得:

α=319017-714681D

(19)

岩石破碎

第二章岩石的破碎理论(爆炸理论和钻爆法) 20%-30% 对周围介质做功C H O N CO CO2 H2O 炸药爆炸三要素：高温高压（生成大量气体）高速三种形式：缓慢分解燃烧爆炸 2000—9000m/s 第二节爆炸理论与炸药（炸药的分类） 1. 殉爆：感度来表示难易程度 2. 传爆：爆轰波和爆速影响稳定爆轰的主要因素：直径：临界直径；极限直径；炸药密度：混合炸药有临界密度；起爆冲能 3 间隙效应二、炸药的性能参数动作用以猛度表示静作用以爆力表示爆速：高低中炸药炸药的敏感度：热感度、机械感度、冲击感度、起爆冲能感度和静电火花感度热感度：热安定和火焰感度机械感度：冲击感度，摩擦感度起爆冲能感度：用殉爆距离表示静电感度：e 电子是带负电荷静电三、爆轰产物和有毒气体二氧化碳CO2 一氧化塘CO 水H2O 氮氧化物NO N2 炸药的氧平衡：零氧，正氧，负氧CO 第三节矿用炸药与起爆器材一、矿用炸药的分类 1，煤矿使用炸药：5级等级越高，威力越小，1、2级低瓦斯铵梯炸药，睡觉炸药，乳化炸药 32mm*190 35mm*170 水胶炸药：含水炸药乳化炸药：适用于软岩和煤层中工作 2，岩石炸药：硝酸铵，TNT和木粉组成 3，露天炸药：二、起爆器材雷管、导爆索、导爆管 1.雷管：管壳、加强帽、起爆药、加强药和电引火装置；桥丝用镍铬丝脚线；桥丝，管壳，密封塞，纸垫，桥丝连接引火头，起爆药煤矿瞬发电雷管： 2，秒延期电雷管 3，毫秒延期电雷管 4，抗杂散电流电雷管：无桥丝电雷管和低阻桥丝电雷管电雷管的主要性能参数：全电阻，最大安全电流，最小发火电流（二）导爆索、继爆管和导爆管

深部岩石破碎方法

收稿日期:2005-05-27 基金项目:国家自然科学基金重大项目(50490272,50490274),国家自然科学基金项目(10472134)作者简介:周子龙(1979)),博士,主要从事岩土工程灾害与控制研究。文章编号:1003-5923(2005)03-0063-03 深部岩石破碎方法周子龙,李夕兵,刘希灵 (中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙410083) 摘要:深部开采给岩石破碎理论与方法赋予了新的使命和内涵,探索适合深部特殊环境的岩石破碎技术对于安全、高效回收深部资源有着重要意义。综观目前国内外各类破岩方法的基础上,针对深部岩石的特点,指出了水介质破岩在深部开采中的优势,并分析了几种水介质破岩技术的现状和应用前景。关键词:深部;岩石破碎;水介质中图分类号:T D825 文献标识码:B 1 引言据不完全统计,目前国内外开采深度超过1000m 的矿山就金属矿山而言已有100多座,并以每年8~12m 的速度向下延伸。随着矿山进入深部开采状态,/三高一扰动0的灾害环境大大增添了开采的难度与复杂性。如何低成本、高效、安全地回采深部资源成了深部开采的关键,也是当前国内外研究的焦点[1-4] 。矿产开采首当其冲的问题就是岩石破碎,传统破岩方式是否仍适应深部特殊环境下岩石的开采,新的破岩方法是否更适应于深部开采?一系列新问题都有待研究。2 岩石破碎方法现状社会的进步,科技的发展,推动着破岩技术不断发展。破岩技术经历了一个简单、低效到复杂、高效、安全的发展过程。从传统的机械冲击、常规爆破法发展到现在的水射流法、电子束法、激光法、超声波法、微波法、等离子体法、红外线法、射弹法以及静态破碎法在内的20余种方法[5,6] 。 20世纪60年代末开始,美国国家科学基金会发起了探寻高效破岩新方法的庞大研究计划,曾对电子束、激光、水射流等25种破岩方法进行对比研究。在中等强度的岩石上进行切割实验,得出高压水射流、激光、电子束、等离子体4种典型破岩方法所消耗的能量范围分别为:250~500、1000~2000、3000~6000、50000~100000J/cm 2,意味着高压水射流法和激光法破岩最易于实现且效率最高。当然,任何方法都有它的利弊,随着科技的进步都有可能得到工业性的应用。传统爆破法曾与机械冲击钻孔相结合在国内外矿山得到广泛应用,但由于其不可控与环境负面影响大而越来越受到人们的批评;水射流破岩方法得到飞速发展,目前已得到普遍工业应用,其与机械刀具辅助使用也取得了良好的应用效果;激光钻井法在20世纪70年代刚提出时并不被认为是可用技术,但经过美国天然气研究所不懈的努力,终于在砂页岩中实现了137.2m/h 的钻进速度,显示了其潜在的优势;微波破岩因为微波技术的发展也被开发应用到岩石破碎中来,美国矿山局研究发现微波辅助机械凿岩可使岩石侵入率较纯机械凿岩提高约3倍;射弹破岩以其损伤简便在二次破碎方面得到了应用;无声破碎剂和等离子法更以其破碎扰动小、无噪声、无飞石等特点在一些精确破碎领域得到很好应用[6] 。 3 深部岩石特性随着国内外矿山开采与油气开发的深部化,深部岩石的力学特性与工程响应正得到广大研究者的认识与研究[3,4] 。其中有如下特性:3.1 高应力、高温、高渗透水压埋藏环境根据南非典型深井开采矿山的监测结果,在地下4000m 左右,地应力水平可达100MPa 以上,水压可达20~30M Pa,地温则局部可达80e 甚至更高。岩石性质将随应力、温度等因素的改变而改变,在深部条件下,传统岩石力学及施工技术在深部环境下部分或完全失效,在深部问题的研究上从 # 63#矿山压力与顶板管理 2005.l 3

南华大学-岩石的爆破破碎机理

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

基础岩石破碎专项施工方案(新)

目录一、工程概况二、编制依据、原则三、地质情况四、施工准备、工期五、施工方案六、安全措施及注意事项

一、工程概况传化公路港I标工程项目建设单位为传化公路港物流有限公司、勘察单位为省工程勘察院、设计单位为信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司、监理单位为中博建设发展有限公司、施工单位为宝业建工集团有限公司。工程位于市市磁灶镇318县道旁。一标段工程总建筑面积约有29762.5㎡，占地面积10679.94㎡。其中：货物配载及货运站场楼一占地面积：7585.27㎡，建筑面积：19992.85㎡。生产配套中心一占地面积：2539.81㎡，建筑面积：8943.43㎡。

物业用房占地面积：271.36㎡，建筑面积：542.72㎡。厕所一（二）占地面积一样：61.24㎡，建筑面积：61.24㎡。变配电房占地面积：161.02㎡，建筑面积：161.02㎡。建筑结构形式为框架结构，基础型式为独立基础。建筑场地类别为Ⅱ类、地震设防烈度为7度、抗震设防类别为丙类、建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1、耐火等级二级、地基基础设计等级为乙级、屋面防水等级I级、设计使用年限为50年。在生产配套中心一和货物配载及货运站场楼一土方开挖，基础施工过程中部分区域遇到岩石层,阻碍了工程进度，为了工程的施工进展，需对该工程岩石进行破碎作业。经业主、监理、施工单位三方现场实际测量计算后，该施工区域破碎的岩石量为2465 m3，需处理岩石厚高度约为1-3.5米，计划工期50天(在总工期）。 1.2、静态破碎部位概况 1.由于基坑紧靠项目部现场办公室及318县道故不能采取正常的爆破施工。其危害有：爆破产生的震动，容易对已施工完成的塔吊基础产生影响等。正常爆破施工产生的个别飞散物，容易对工程附近的工人，行人及车辆造成损害；且爆破作业必须经过严格设计及可行性方案论证，必须经过相关政府部门的审批后方可实施，其作业期间必须全程严格控制;对特殊环境下采用爆破作业时，常常会产生不必

岩石理论

?第2章岩石理论 ?岩石是工程机械的施工对象之一，研究影响岩石破碎的因素，找出破碎岩石的规律，对提高凿岩、破碎机械作业效率，优化作业过程具有重要意义。 ?岩石的破碎方法有:机械破碎、爆炸破碎、水射流破碎等，但国内外使用最多的是机械破碎。 ?按机械破碎作用的性质不同，破岩方法可分为机械回转钻进破岩、机械冲击钻进破岩以及冲击回转钻进破岩等。 ? 2.1.1 岩石的分类 ?岩石按其成因可分为：岩浆岩、沉积岩和变质岩。 ?岩石按矿物组成可分为：单矿物岩，如岩盐、石膏，无水石膏、灰岩、白云岩等；多矿物岩石，如各种岩浆岩。 ?岩浆岩是由硬度较高的矿物组成的，其硬度与强度都较高；沉积岩是由强度较低的矿物组成的，其硬度与强度也较低。 ?岩石的结构主要是指晶体结构和胶结物的结构 ? 2.1.2 岩石的可钻性分级 ?使用便携式岩石凿测器测定岩石的凿碎比能和凿480次后钎刃磨钝的宽度，将岩石分7级: ?岩石的可钻性 ?岩石的可钻性是决定钻进效率的基本因素，它反映了钻进时岩石破碎的难易程度。 ?岩石可钻性及其分级在钻探生产中极为重要。 ?它是合理选择钻进方法、钻头结构及钻进规程参数的依据，同时也是考核机械生产效率的根据。 ?§2.2 岩石物理机械性质 ? 2.2.1 岩石强度 ?（一）岩石强度的概念 ?作用于岩石上的外载荷增大到一定程度时，岩石就会发生破坏。破坏时岩石所能承受的最大载荷称为极限载荷，单位面积上的极限载荷称为极限强度，简称为岩石的强度。 ?根据受力条件不同，岩石的强度可分为抗压强度、抗拉强度、抗剪强度和抗弯强度等； ?根据应力状态，岩石的强度可分为单向应力状态下的强度、两向和三向应力状态下的强度； ?岩石强度 ? 2.2.2 岩石硬度 ? 2.2.2 岩石硬度 ?（一）岩石硬度的概念 ?岩石硬度定义为岩石表面抵抗硬物局部压人的能力。 ?岩石的硬度与抗压强度的关系：二者有着密切的联系，但又有区别，岩石抗压强度是岩石整体破碎时的阻力；而岩石的硬度是硬物局部压人岩石表面的阻力，是岩石表面抗破碎的能力。 ? 2.2.3 岩石的弹性、塑性和脆性 ?（一）岩石弹性、塑性和脆性的概念 ?在外力作用下，岩石会发生变形，随着载荷不断增加，变形也不断发展，最终导致岩石破坏。

现代爆破理论

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）；

岩石的爆破破碎机理2008

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，

岩石爆破破碎机理研究

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

破碎岩体强度理论综述

HOEK -BROWN强度准则及其在破碎岩体强度中的应用摘要：岩石是有大量岩块和结构面组成的不均匀的各向异性材料。但是因为岩体内部结构的不可预见性和建模、计算能力的限制，很多情况下，只能将岩体作为均匀的宏观复合材料进行研究。如何准确定义破碎岩体的强度成了一个关系计算准确性和工程安全的重要问题。本文阐述了岩石力学中破碎岩体的主要强度理论。并对HOEK -BROWN强度理论的提出、发展、参数的选取与确定及实际应用进行了详细的探讨。关键词：HOEK -BROWN强度准则，破碎岩体，岩体强度理论 1.研究岩体强度理论的重要性人类生活和经济活动越来越离不开以岩体为对象的工程建设,例如水利水电工程、铁道交通工程、工业与民用建筑、隧道工程、矿山建筑与开发工程、国防工程、冶金化工、地震与防护工程等。总的来说,它们都需要以研究岩体的力学特征为基础。随着岩体工程的规模、数量及复杂性的增加,所涉及的岩体力学的问题也越来越复杂,以至于经常有重大岩体工程事故发生。美国的圣弗朗斯西重力坝、法国马尔帕塞大坝、意大利瓦扬水电站、加拿大亚当贝克水电站压力管道及日本关门铁路隧道等工程的失败或失事的惨痛教训,使人们意识必须加强岩体力学理论研究和分析,正确把握岩体在外荷载作用下的强度、变形及破坏规律。 2.研究破碎岩体强度的难点在实际工程中遇到的均质岩体情况很少见,所碰到的岩体绝大多数均被各种结构面切割与破碎。节理是岩体中发育最广泛的一种结构面,在很多情况下节理面的力学性质很软弱。节理的存在严重的破坏了岩体的连续性和完整性,大大改

变了岩体的力学性质。节理岩体工程性质的特殊性主要表现在一下三个方面不连续。节理岩体是由不同规模、不同形态、不同成因、不同方向和不同次序的节理面以及被节理面围限而成的结构体共同组成的综合体,节理岩体在几何上和工程性质上都具有不连续性。由于发育在岩体中的节理面具有明显方向性,受节理面影响,节理岩体的工程性质呈现显著的各向异性。另外,实际工程岩体被节理切割程度的大小也与岩体工程规模有关,工程岩体结构也会随着含节理数的多少而发生变化,如图所示,所考虑的岩体范围越小,岩体中所含有的节理数就愈少,因而岩体的结构类型也就会有所不同。由于节理岩体工程性质的不连续、各向异性以及岩体组成物质的非均质,加之节理面在岩体不同部位发育程度和分布规律的差异,不同工程部位的岩体表现出不同的工程性质。节理在地壳上部岩石中具有广泛的分布,并且在岩体介质中呈现出强度低、易变形的特征。节理的发育常常为大坝、边坡和地下硐室等工程带来隐患,并导致工程岩体的失稳与破坏。地质工程中的岩体强度预测、岩坡稳定性分析、岩基承载力确定、地下硐室围岩稳定性评价及相关的动力学现象围岩垮塌或岩爆均直接或间接与岩体变形及强度特征有关。鉴于此,普遍认为节理岩体变形及强度特征的研究是一个富有挑战性的基础性课题,开展此方面的研究不仅非常必要,而且有着重要的实用价值和工程意义。节理的存在不仅大大改变岩体的力学性质,降低岩体的变形模量及强度参数,并使岩体呈现明显的各向异性。节理岩体变形具有各向异性的特征己为人们所熟知,竖向分布节理岩体的变形模量明显大于水平分布节理岩体的变形模量,这种区别主要在于变形机制不同。垂直节理面的压缩变形量主要是由岩块和节理面压密综合而成,平行节理面方向的压缩变形量主要是岩块和水平节理面的错动构成,节理岩体各方向的变形性质的差异由此而产生。与变形特征相类似,节理岩体也具有明显的强度各向异性特征。通常为了实际的需要将岩石近似地简化为各向同性体,基本上未考虑各向异性的性质,对一种岩石只给出一个确定的强度指标。在实际的岩石试验过程中发现,即使是同一地点取出的岩石,不同方向上的强度试验结果,往往也具有很大的离散性。因为本身就已经是各向异性的岩体,在后期构造改造的作用下,其各向异性表现得更加突出。参照图所示,对不含节理的完整岩体,可认为其在宏观上为均质、各向同性的材料对含有一组、二组或三组节理的岩体,其力学性质通常表现为各向异性若岩体被四组或四组以上的等规模、等间距及强度基

东北大学岩石力学讲义第二章岩石破坏机制及强度理论.

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)

第4章岩石爆破理论

第4章岩石爆破理论 4.1 岩石爆破特性及爆炸应力波岩石爆破理论的发展岩石爆破理论在20世纪70年代确立了冲击波拉伸破坏理论、爆炸气体膨胀压碎破坏理论、冲击波和爆炸气体综合作用理论。随着爆破技术和相邻学科的发展，特别是岩体结构力学、岩石动力学、断裂、损伤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。计算机模拟，用以研究裂纹的产生、扩展。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。岩石爆破理论的研究内容应该包括：（1）岩石特性，包括岩体结构、构造特征和岩石动力学性质及其对爆破效果的影响；（2）炸药能量向岩石的传递效率；（3）岩石的动态断裂与破坏；（4）爆破过程的数值模拟，预测爆破块度和爆堆形态。岩石中的爆炸应力波在介质中传播的扰动称为波。由于任何有界或无界的质点是相互联系着的，其中任何一处的质点受到外界作用而产生变形和扰动时，就要向其他部分传播，这种在压力状态下介质质点的运动或扰动的传播称为应力波。炸药在岩石和其他固体介质中爆炸所激起的应力扰动（或应变扰动）的传播称为爆炸应力波。应力波分类（1）按传播速度分类按传播途径不同，应力波分为两类：在介质内部传播的应力波称为体积波；沿着介质内、外表面传播的应力波称为表面波。体积波按波的传播方向和在传播途径中介质质点扰动方向的关系又分为纵波和横波。纵波又称P波，其特点是波的传播方向与介质质点运动方向一致，在传播过程中引起压缩和拉伸变形。因此，纵波又可分为压缩波和稀疏波。横波又称S波，特点是波的传播方向与介质质点运动方向垂直，在传播过程中会引起介质产生剪切变形。

岩石爆破技术的现状与发展

岩石爆破技术的现状与发展要：结合笔者对爆破技术的研究，对近几年来国内外较为先进的岩石爆破技术的理论及控制爆破技术方面进行简要的介绍，随着岩石爆破技术的不断发展，爆破工程机械化程度的提高，人们对工程爆破作业有害效应更加的专注。岩石爆破技术的发展对爆破施工发挥起到了重要的作用。关键词：岩石爆破技术；爆破理论；现状；发展在破岩的过程中采用最为普遍也是效果最好的手段就是爆破。岩石爆破技术的发展不仅仅取决机械设备、测量工具等硬件设备的发展，而且还需要依托爆破理论学、岩石力学等方面的理论成果。随着岩石爆破技术的不断发展以及爆破力学的不断深入，以及测量设备的不断改进、计算机技术在爆破中的普及应用，推动了我国爆破技术向着机械化、智能化方面发展，其只要体现在下面几个方面：一是岩石爆破中使用的各种机械设备逐渐的完善，爆破施工的机械化水平快速发展；二是在对岩石等相关材质的分析上广泛的采用了全新的扫描技术和分析处理技术，根据分析出的岩石的性质来选择与之相符的爆破方案；三是爆破的规模在不断的扩大，爆破的工艺也在不断的更新；四是在爆破的过程中更多的考虑到了环境保护，采用各种控制爆破技术，尽可能的降低岩石爆破对环境及生态造成的影响。五是在岩石爆破过程中开始普遍的应用计算机进行辅助爆破，或者进行计算机模拟爆破，特别是将计算机与GPS 定位系统结合之后发展了数字钻爆系统。这些方面的特点都对我国岩石爆破技术的发展起到深远的影响。

1 岩石爆破理论所谓的岩石爆破就是利用炸药在爆炸的过程中产生的能量来破碎岩石的方法。岩石爆破理论可以系统的分为两个部分来进行概述：一是岩体中的爆破应力波，岩土在炸药爆炸的过程中，岩体会收到冲击和扰动，而在岩体中传播的波，在波的影响下岩体的内在状态会随之发生变化，因此我们将在固定中传播的扰动波称之为应力波；二是岩石爆破破碎机理，爆破机理的研究是一个较为复杂的课题，由于岩石爆破是也在一个高压、高温、高速的三高环境下发生的，在现有的科技条件下是无法进行测试的，而岩石的状态又是不定的，目前也找不到一个合适的状态方程来对岩石的变化进行科学合理的描述，因此，对岩石爆破作用机理的研究还仅仅停留在定性的阶段，现在实际采用的都是多年积累的经验，并没有科学的根据。虽然这个两种不通的机理，但是在实际的爆破过程中这两者都发挥着作用，只是在不通岩石材质下两者发挥的作用程度不一样。岩石得以破坏是因为在爆破的过程中产生的应力超过了岩石本身多能够承受的最大限度，岩石的破坏与爆炸时产生的能量大小和岩石的力学特性有着紧密的联系。也就是说，要想对岩石进行破坏，在假定装药的型号、形式及自由面相同的条件下，药包装药的多少只要是由岩石的力学特性决定的。在岩石爆破技术的研究过程中，岩石的力学特性与爆破破碎的关系一直都是研究的一个重点。在一定程度上岩石的力学特性决定了这次岩石爆破的难易程度，它主要表现在岩石的抗压、抗拉、抗剪等方面。炸药的单耗与岩石的这些特性是成正比关系的，对于大多

新粤教版四年级上册科学第11课《岩石碎裂了》教学设计

第11课《岩石碎裂了》教学设计一、教材分析本课是粤教科技版《科学》四年级上册第2单元“岩石”的第4课。本课旨在通过引导学生观察自然界岩石碎裂的常见现象，激发学生通过模拟实验自主探究岩石碎裂的原因，并通过“科学阅读”，使学生知道土壤是由岩石经过漫长的时间变化而成的，从而培养学生保护土壤资源的环保意识。本课包括情景图导入、活动1“岩石碎裂的现象”、活动2“探究岩石碎裂的原因”、科学阅读“从岩石到土壤”等四个教学环节。情景图导入从学生常见的岩石碎裂现象激发学生的探究热情，引导他们观察各种自然环境中的岩石，从而发现岩石碎裂是自然界的普遍现象，激发他们产生探究岩石碎裂原因的想法。活动2通过引导学生提出岩石碎裂原因的假设，并进行模拟实验，了解多种自然因素会使岩石碎裂。“科学阅读”环节则引导学生了解自然界的岩石一直受到环境中多个因素的联合作用，经过漫长的反复作用而不断产生碎裂，最终才能形成土壤，从而树立珍惜土壤资源的环保意识。综上所述，本课主要引导学生经历“观察现象”“提出假设”“实验验证”“得出结论”的科学探究过程，提高学生的科学探究能力。二、学情分析岩石碎裂是一种非常普遍的自然现象，是大自然中各种环境因素共同作用的结果。自然界里的岩石经过漫长的变化会逐渐碎裂，逐渐风化为碎石、沙粒、土壤。但这个过程是非常缓慢而漫长的，不易觉察的。大部分学生认为岩石是非常坚硬、结实的物体，是不容易受到破坏的。他们对“岩石会不会变化、探索岩石变化的原因”几乎没有感性体验，特别是岩石变化过程的缓慢性和长期性，更是他们难以体

会的。虽然四年级的学生经过几年的科学学习，已经具备了一定的推测能力和设计模拟实验的能力，但是在进行模拟实验的设计时，有效模拟各种自然因素对岩石作用的长期反复性，对他们来说具有一定的挑战性，还需要教师给予细致而有效的指导。三、教学目标 1．知道大自然中岩石的碎裂现象是各种自然力量作用的结果。 2．能根据大自然中岩石碎裂的现象，猜想岩石碎裂的原因，并设计简单的模拟实验进行验证。 3.对大自然中岩石碎裂的现象感兴趣并乐于探究。 4.简单了解岩石经过漫长的变化形成土壤的过程，认识到珍惜土壤资源的重要性。四、教学重、难点教学重点：运用模拟实验的方法，多个角度探索自然界中引起岩石碎裂的环境因素。教学难点：在设计实验时能模拟各种环境因素对岩石产生影响。五、教学准备教具准备：页岩、镊子、酒精灯、塑料瓶、PPT教学课件。学具准备：页岩、镊子、酒精灯、塑料瓶、学生活动手册。六、教学过程（一）任务驱动媒体：出示本课的任务驱动场景图。讲述：周末，在家长的带领下，彬彬和波波到郊区玩。他们被山上一块岩石吸引了。提问：这块岩石有什么特点？交流：学生汇报自己的发现。

爆破基本原理

A爆破技术员应知应会的基本原理一、岩石炸药单耗确定原理和方法 1岩石炸药单耗确定之经验法 2岩石炸药单耗确定之类比法爆破各种岩石的单位炸药消耗量K值表

3、岩石炸药单耗确定之爆破漏斗试验法最小抵抗线原理：药包爆炸时，爆破作用首先沿着阻力最小的地方，使岩（土）产生破坏，隆起鼓包或抛掷出去，这就是作为爆破理论基础的“最小抵抗线原理”。药包在有限介质内爆破后，在临空一面的表面上会出现一个爆破坑，一部分炸碎的土石被抛至坑外，一部分仍落在坑底。由于爆破坑形状似漏斗，称为爆破漏斗。若在倾斜边界条件下，则会形成卧置的椭圆锥体如图2.6.14 当地面坡度等于零时，爆破漏斗成为倒置的圆锥体（图2.6.15）。mDl称为可见的爆破漏斗，其体积V mDl与爆破漏斗V mOl之比的百分数E0，称为平坦地形的抛掷率；r0（漏斗口半径）与W（最小抵抗线）的比值n称为平地爆破作用指数。当r0=W时，n=1，称为标准抛掷爆破。在水平边界条件下，其抛掷率E=27%。标准抛掷漏斗的顶部夹角为直角。当r0>W，则n>1，称为加强抛掷爆破。抛掷率>27%。

漏斗顶部夹角大于90°。当r0

基础岩石破碎专项施工方案新

目录一、工程概况二、编制依据、原则三、地质情况四、施工准备、工期五、施工方案六、安全措施及注意事项

一、工程概况泉州传化公路港I标工程项目建设单位为泉州传化公路港物流有限公司、勘察单位为福建省泉州工程勘察院、设计单位为信息产业电子第十一设计研究院科技工程股份有限公司、监理单位为福州中博建设发展有限公司、施工单位为宝业湖北建工集团有限公司。工程位于泉州市晋江市磁灶镇318县道旁。一标段工程总建筑面积约有29762.5㎡，占地面积10679.94㎡。其中：货物配载及货运站场楼一占地面积：7585.27㎡，建筑面积：19992.85㎡。生产配套中心一占地面积：2539.81㎡，建筑面积：8943.43㎡。物业用房占地面积：271.36㎡，建筑面积：542.72㎡。厕所一（二）占地面积一样：61.24㎡，建筑面积：61.24㎡。变配电房占地面积：161.02㎡，建筑面积：161.02㎡。建筑结构形式为框架结构，基础型式为独立基础。建筑场地类别为Ⅱ类、地震设防烈度为7度、抗震设防类别为丙类、建筑结构安全等级为二级，结构重要性系数为1、耐火等级二级、地基基础设计等级为乙级、屋面防水等级I 级、设计使用年限为50年。在生产配套中心一和货物配载及货运站场楼一土方开挖，基础施工过程中部分区域遇到岩石层,阻碍了工程进度，为了工程的施工进展，需对该工程岩石进行破碎作业。经业主、监理、施工单位三方现场实际测量计算后，该施工区域破碎的岩石量为2465 m3，需处理岩石厚高度约为1-3.5米，

计划工期50天(在总工期内）。 1.2、静态破碎部位概况 1.由于基坑紧靠项目部现场办公室及318县道故不能采取正常的爆破施工。其危害有：爆破产生的震动，容易对已施工完成的塔吊基础产生影响等。正常爆破施工产生的个别飞散物，容易对工程附近的工人，行人及车辆造成损害；且爆破作业必须经过严格设计及可行性方案论证，必须经过相关政府部门的审批后方可实施，其作业期间必须全程严格控制;对特殊环境下采用爆破作业时，常常会产生不必要的纠纷。因此，不能采取正常的爆破施工，只能采炮锤式挖掘机破碎法＋静态破碎法施工方案。二、编制依据、原则 2.1、编制依据 1、中华人民共和国《爆破安全规程》（GB6722- ）； 2、《无声破碎剂》（JC 506-92） 3、《建筑机械使用安全技术规程》 JGJ33- 确保工期的原则根据业主对本合同段的工期要求，编制科学的、合理的、周密的施工方案，合理安排进度，按工期网络控制，搞好工序衔接，实施进度监控，实现工期目标，满足业主的要求安全第一的原则确立安全工作目标、完善规章制度、层层签

岩石爆破理论模型

岩石爆破理论模型摘要：岩石爆破模型的研究是爆破理论和技术发展的关键，通过研究爆破过程及其参数的变化规律可揭示爆破作用的本质，为完善和发展爆破理论及技术提供基础。关键词：岩石爆破模型;弹性;断裂;损伤 1、岩石爆破机理在岩石爆破机理研究中，一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆炸生成气体膨胀压力共同作用的结果；但是关于爆炸冲击波和爆炸生成气体准静态压力哪个起主要作用，目前仍存在着两种不同的观点。一种观点认为冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用，而大量破碎岩石则是依靠爆炸生成气体膨胀压力作用。另一种观点则认为爆破过程中哪种载荷起主要作用要取决于岩石的阻抗波，即高波阻抗岩石应力波起主要作用，低波阻抗岩石爆炸生成气体起主要作用；对于均质岩体以应力波作用为主；对于整体性不好、节理裂隙发育的岩体，以爆炸生成气体作用为主。爆生气体膨胀作用炸药爆炸生成高温高压气体,膨胀做功引起岩石破坏。爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移,由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样,质点位移所受的阻力就不同,最小抵抗线方向阻力最小,岩石质点位移速度最高。正是由于相邻岩石质点移动速度不同,造成了岩石中的剪切应力,一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度,岩石即发生剪切破坏。破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出,形成一倒锥形的爆破漏斗坑。按理论基础可将爆破模型分为以下几类:以弹性理论处理爆破问题的弹性力学模型;以断裂理论特别是线弹性断裂力学为基础的断裂力学模型;以研究损伤演化特别是细观损伤演化为框架的损伤力学模型;以及将岩石由损伤累积而导致的破坏视为一种逾渗转变的逾渗模型。 2、弹性力学模型 2、1 G.Harries模型 G.Harries模型是建立在弹性应变波基础上的高度简化的二维模型,将岩石视为均质连续的弹性介质。假设岩石为以炮孔轴线为中心的厚壁圆筒,爆炸应力波使与炮孔轴线垂直的平面内质点产生径向位移,当径向位移派生出的切向应变值超过岩石的动态极限抗拉应变T时,岩石中形成径向裂隙。径向裂隙数由下式决定: N=εθ/T 式中 N为径向裂隙条数;εθ为作用于炮孔上的最大切向拉应变。采用MonteCarlo方法确定爆破裂纹分割的块度。该模型首次解决了物理模型使用的局限性和难以定量的问题,但由于没有考虑天然节理裂隙对应力波传播和破碎块度的影响,所以不可避免地影响计算结果的准确性和可靠性。 2、2 R.F.Favreau模型 R.F.Favreau模型是在爆炸应力波理论基础上建立的三维弹性模型,以岩石动态抗拉强度为破坏判据。该模型不仅充分考虑了爆炸应力波和爆生气体综合作