岩土爆破理论sjs

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。

横波纵波纵波和横波传播过程中质点振动示意图（2）按波阵面形状分类应力波在传播过程中，由于所形成的波阵面形状不同，将应力波分为球面波、柱面波和平面波。

球形药包激起的是球面波；柱状药包沿全长同时起爆时激发的是柱面波；平面药包激起的是平面波。

（3）按传播介质变形性质不同分类由于固体介质变形性质不同，在固体中传播的应力波可分为以下几种：①弹性波。

5岩石爆破理论5.1岩石爆破破坏基本理论炸药爆炸引起岩石破坏，这是一个高能转化释放、传递作功的过程。

在这个过程中，岩石受力情况极其复杂，而历时又极为短暂，因此要正确地解释岩石爆破破碎机理，就极为困难，人们已作了多年的努力，仍没有一个确切全面的唯一的解释，而是各执一词。

但将多类解释的基本观点与理论依据归类，可概括为三大假说：5.1.1 爆生气体膨胀作用理论这种理论是从静力学的观点出发，认为：岩石的破碎主要是由爆炸气体产物的膨胀压力引起。

(1) 炸药爆炸时，产生高压膨胀气体，在周围介质中形成压应力场。

炸药爆炸生成大量气体产物，在爆热的作用下，处于高温高压的状态，而急剧膨胀，这些膨胀气体以极高的压力作用于周围介质，而形成压应力场。

(2) 气体膨胀推力使质点产生径向位移，而产生径向压应力，其衍生拉应力，产生径向裂隙。

很高的压应力场，势必使周围岩石质点发生径向移动，这种位移又产生径向压应力，形成径向压应力的传递；质点在受径向压应力时，将产生径向压缩变形，而在切向伴随有拉伸变形生产，这个拉伸应变就是径向压应力所衍生的切向拉应力所产生。

当岩石的抗拉强度低于此切向拉应力时，就将产生径向裂隙；岩石的抗拉强度远远地小于抗压强度（常为其1/10～1/15），所以拉伸破坏极易发生，而形成径向裂隙。

(3) 质点移动所受阻力不等，引起剪切应力，而导致径向剪切破坏。

质点位移受到周围介质的阻碍，阻力不平衡在介质中就会引起剪切应力，若药包附近有自由面时，质点位移的阻力在最小抵抗线方向最小，其质点位移速度最高，偏离最小抵抗线方向阻力增大，质点位移速度降低，这样在阻力不等的不同方向上，不等的质点位移速度，必然产生质点间的相对运动而产生剪切应力。

在剪切应力超过岩石抗剪强度的地方，将发生径向剪切破坏。

(4) 当介质破裂，爆炸气体尚有较高的压力时，则推动破裂块体沿径向朝外运动，形成飞散。

上述破坏发生将消耗大量的爆炸能，如果爆炸气体还有足够大的压力，则将推动破碎岩块作径向外抛运动，若压力不够就可能仅是松动爆破破坏，而没有抛散，甚至只是内部爆破。

岩土中爆炸的基本理论第一节 岩石的动态特性和可爆性一、岩石的物理性质 (一)岩石的孔隙度岩石的孔隙度η是指岩石中各孔隙的总体积V 0。

对岩石总体积V 之比，用百分率 表示。

100%V Vη=⨯ 孔隙的存在削弱了岩石颗粒之间的连接力而使岩石强度降低，孔隙度越大，岩石强度的降低就越严重。

(二)岩石的密度和重力密度岩石的密度ρ是指构成岩石的物理质量M 对该物质所具有的体积0V V -之比，即M V V ρ=-岩石的重力密度γ是指岩石的重力G 对包括孔隙在内的岩石体积V 之比，即G Vγ=岩石的密度和重力密度性质不同，一般情况下，岩石的密度和重力密度越大，岩石就 越难以破碎，在抛掷爆破时需消耗较多的能量去克服重力的影响。

(三)岩石的波阻抗岩石的波阻抗是指岩石密度ρ与纵波在该岩石中传播速度p c 的乘积。

其物理意义是 使岩石介质产生单位质点运动速度所需要的应力波的应力值，它反应了应力波使岩石质点 运动时，岩石阻止波能传播的作用。

岩石的波阻抗值对爆破能量在岩石中的传播效率有直 接影响，通常认为炸药的波阻抗与岩石的波阻抗相匹配(相等或相接近)时，爆破传给岩石的能量最多，在岩石中引起的应变值就大，可获得较好的爆破效果。

(四)岩石的碎胀性岩石破碎后因碎片间孔隙增多而总体积增大，这一性质称为岩石的碎胀性。

碎胀性可 用碎胀系数η表示，其值为岩石破碎膨胀后的体积1V 与原岩破碎前体积V 之比，即1V Vη=二、岩石爆破荷载特性炸药爆炸施加于岩石的是冲击荷载，压力峰值高、作用时间短，即加载速度高，属动 力学范畴，研究岩石的爆破破碎就必须研究岩石的动态特性。

(一)岩石爆破的荷载性质静载时，岩石内应力场与时间无关，岩石呈静态。

爆炸荷载作用时，岩石内引起应力，应变以波的形式在岩石中传播，即岩石内应力场随时间变化，岩石呈动态。

区别动、静荷载，一般用应变率或加载速度作为指标。

应变率为应变随时间的变化率，它表征在时间增量dt 内，外荷载所引起的岩石应变增量d ε与dt 的比值，即d dtεε=式中t ——岩石受载时间；ε——岩石应变，l l ε∆=，l ∆为岩石受载后的变形量。