4-爆破破岩机理(3)概论
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爆破破岩机理
爆破破岩机理【转发】：一、爆生气体膨胀压力作用破坏论Kutter和Hagan从静力学的观点出发，提出了“气楔作用”（PneumaticWedgtng)这种假说，认为炸药爆炸后产生的高温高压的气体，由于膨胀而产生的推力作用在炸药周围的岩壁上，引起岩体质点的径向位移，从而在岩体中形成剪切应力。
当这种剪切应力超过岩体的极限抗剪强度时，就会引起岩体的破坏。
当爆生气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面附近的岩体隆起、鼓开并沿径向方向抛掷。
这种假说认为，动能仅占炸药总能量的5％~15％，绝大部分能量包含在爆生气体产物中，另一方面，岩体爆破时岩石发生破裂和破碎所需的时间小于爆生气体作用于岩体的时间。
二、应力波反射拉伸作用破坏论以Coates和Hin。
为代表的这种假说，从爆轰动力学的观点出发，认为炸药爆炸后，强大的冲击波冲击和压缩周围的岩体，在岩体中激发出强烈的压缩应力波。
当压缩应力波传播到自由面时，从自由面处反射而形成拉伸波。
当拉伸波的强度超过岩体的极限抗拉强度时，从自由面处开始向爆源方向产生拉伸片裂作用。
三、应力波和爆生气体联合作用破坏论以Fairhurst为代表的这种假说认为，爆破时岩体的破坏是应力波和爆生气体共同作用的结果。
但在解释破碎岩体的主导原因时存在不同观点。
一种观点认为，应力波在破碎岩体时不起主导作用，只是在形成初始径向裂隙时起先锋作用，岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀推力和尖劈作用；另一种观点则认为，爆破时破碎岩体的主导作用取决于岩体的性质，即取决于岩体的波阻抗。
对于波阻抗为（10一15）× 10^5g/(cm^2．s）的高波阻抗的岩体，即极致密坚韧的岩体，爆炸应力波在其中的传播性能好，波速高。
爆破时岩体的破碎主要由应力波引起。
对于波阻抗为（2一5）× 10^5 g/（cm^2. s) 低波阻抗的松软而具有塑性的岩体，爆炸应力波在其中的传播性能较差，波速低，爆破时岩体的破碎主要依靠爆生气体的膨胀压力；对于波阻抗为（5～10）× 10 ^5g/〈cm^2.S )的中等波阻抗的中等坚硬的岩体，应力波和爆生气体同样起重要作用。
爆破作用原理
在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大 旳条件下，爆轰气体旳破坏作用是主要旳。
二.爆破作用
一）单个药包旳爆破作用
㈠自由面和最小抵抗线 假如将一种球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集中 药包)埋入岩石中，岩石与空气接触旳表面称为自由面。 最小抵抗线:药包中心到自由面旳垂直距离W。
爆破旳内部作用
光面爆破机理 光爆炮眼同步起爆，在各炮眼旳眼壁上产生细微旳
径向裂隙，因为起爆器材旳起爆时间误差，各炮眼不 可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼旳径向裂隙，因为相 邻后爆炮眼所起旳导向作用，成果沿相邻两炮眼旳连 心线旳那条裂隙得到优先发展，并在爆愤怒体旳作用 下扩展，形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后，周围岩体 内旳应力因释放而下降，从而能够克制其他方向上有 裂隙发展，同步又隔断了从自由面反射旳应力波向围 岩传播，因而爆破形成旳壁面平整。
衡量爆破作用旳效果： 当n=1时，形成原则抛掷漏斗（c）； 1<n<3时，形成加强抛掷漏斗（d）； 0.75<n<1时，形成减弱抛掷漏斗（b）； n=0.75时，岩石只形成松动而不形 成抛掷，叫做松动漏斗（a）； n<0.75时，爆破漏斗不能形成。二）多种药包旳爆破作用
三、微差爆破
利用毫秒雷管或其他设备控制放炮旳顺序，使每段 之间只有几十毫秒旳间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。
随即，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎旳岩 石，爆轰气体“楔入”在应力波作用下产生旳裂隙中， 使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体旳压力 足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。
对于不同性质旳岩石和炸药，应力波与爆轰气体 旳作用程度是不同旳。
在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶 合系数较小旳条件下，应力波旳破坏作用是主要旳；
二.爆破作用
一）单个药包旳爆破作用
㈠自由面和最小抵抗线 假如将一种球形或立方体形炸药包(爆破上称之为集中 药包)埋入岩石中，岩石与空气接触旳表面称为自由面。 最小抵抗线:药包中心到自由面旳垂直距离W。
爆破旳内部作用
光面爆破机理 光爆炮眼同步起爆，在各炮眼旳眼壁上产生细微旳
径向裂隙，因为起爆器材旳起爆时间误差，各炮眼不 可能在同一时刻爆炸，先爆炮眼旳径向裂隙，因为相 邻后爆炮眼所起旳导向作用，成果沿相邻两炮眼旳连 心线旳那条裂隙得到优先发展，并在爆愤怒体旳作用 下扩展，形成贯穿裂缝。贯穿裂缝形成后，周围岩体 内旳应力因释放而下降，从而能够克制其他方向上有 裂隙发展，同步又隔断了从自由面反射旳应力波向围 岩传播，因而爆破形成旳壁面平整。
衡量爆破作用旳效果： 当n=1时，形成原则抛掷漏斗（c）； 1<n<3时，形成加强抛掷漏斗（d）； 0.75<n<1时，形成减弱抛掷漏斗（b）； n=0.75时，岩石只形成松动而不形 成抛掷，叫做松动漏斗（a）； n<0.75时，爆破漏斗不能形成。二）多种药包旳爆破作用
三、微差爆破
利用毫秒雷管或其他设备控制放炮旳顺序，使每段 之间只有几十毫秒旳间隔，叫做毫秒爆破或微差爆破。
随即，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎旳岩 石，爆轰气体“楔入”在应力波作用下产生旳裂隙中， 使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体旳压力 足够大时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。
对于不同性质旳岩石和炸药，应力波与爆轰气体 旳作用程度是不同旳。
在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶 合系数较小旳条件下，应力波旳破坏作用是主要旳；
爆破工程4第五章---岩石中的爆破作用原理
利用岩体爆破的损伤力学方法，目前基本上可以 实现爆破范围的计算机模拟。
该理论在爆破动力问题上，直接采用爆轰冲击荷 载作用于岩壁的状态方程，利用动力有限元方法 计算爆区的应力状态。其实质是认为岩体爆破动 力是爆炸应力波和爆轰气体的膨胀作用，两者相 辅相成，不可或缺。
第二节 冲击载荷的特征和应力波 一、冲击载荷的特征
一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论
这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后， 产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生 推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的 径向位移，由于作用力的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， 当爆轰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，这派观 点完全否认冲击波的作用。
（一）岩体中冲击波的传播规律
冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩 石的最初压力，其值的大小取决于炸药的 性质、岩石的性质和炸药与岩石的耦合情 况。
波阻抗越大的岩石，在炮孔壁上产生的压 力也越大，如表5—1所示。
给予岩石的初始峰压越大，则岩石的变形 也越大，破碎越厉害，消耗能量也越多。 因此，在工程爆破中必须根据工程的要求 来合理地控制岩体中的初始峰压值。
压碎区的半径很小，一般约为药包半径的 2~3倍。破坏范围虽然不大，但破碎程度大， 炸药消耗能量多。
2.破裂区(破坏区) 当冲击波通过压碎区以后，随 着冲击波传播范围的扩大而导致单位面积上的能 流密度降低，压缩波（即压缩应力波），其强度 已低于岩石的动抗压强度，所以不能直接压碎岩 石。但是，它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的 径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导 致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变， 如图5—10所示。如果这种切向拉伸应变超过了 岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中 就会产生径向裂隙。这种裂隙以（0.15~0.4）倍 压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应 力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向 前发展。另外在冲击波扩大药室时，压力下降了 的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在 药室四周的岩石中形成一个准静应力场。
该理论在爆破动力问题上，直接采用爆轰冲击荷 载作用于岩壁的状态方程，利用动力有限元方法 计算爆区的应力状态。其实质是认为岩体爆破动 力是爆炸应力波和爆轰气体的膨胀作用，两者相 辅相成，不可或缺。
第二节 冲击载荷的特征和应力波 一、冲击载荷的特征
一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论
这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后， 产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生 推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的 径向位移，由于作用力的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， 当爆轰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，这派观 点完全否认冲击波的作用。
（一）岩体中冲击波的传播规律
冲击波的初始波峰压力就是爆轰波给予岩 石的最初压力，其值的大小取决于炸药的 性质、岩石的性质和炸药与岩石的耦合情 况。
波阻抗越大的岩石，在炮孔壁上产生的压 力也越大，如表5—1所示。
给予岩石的初始峰压越大，则岩石的变形 也越大，破碎越厉害，消耗能量也越多。 因此，在工程爆破中必须根据工程的要求 来合理地控制岩体中的初始峰压值。
压碎区的半径很小，一般约为药包半径的 2~3倍。破坏范围虽然不大，但破碎程度大， 炸药消耗能量多。
2.破裂区(破坏区) 当冲击波通过压碎区以后，随 着冲击波传播范围的扩大而导致单位面积上的能 流密度降低，压缩波（即压缩应力波），其强度 已低于岩石的动抗压强度，所以不能直接压碎岩 石。但是，它可使压碎区外层的岩石遭到强烈的 径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导 致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变， 如图5—10所示。如果这种切向拉伸应变超过了 岩石的动抗拉强度的话，那么在外围的岩石层中 就会产生径向裂隙。这种裂隙以（0.15~0.4）倍 压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应 力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向 前发展。另外在冲击波扩大药室时，压力下降了 的爆轰气体也同时作用在药室四周的岩石上，在 药室四周的岩石中形成一个准静应力场。
第四章岩石爆破基本理论PPT课件
2020/3/28
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3 爆破破岩机理
图3-32中的药包布置在断层的破碎带中。当断 层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎 带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图3-33中的 药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘 的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑， 从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范 围之外的建筑物损坏。
2020/3/28
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3 爆破破岩机理
6.2.2爆破漏斗
当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察 到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。在自 由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，这个坑称为爆破漏 斗。
（1）爆破漏斗几何要素
自由面（free face）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫 临空面,如图中AB面。 最小抵抗线W（minimum burden）是指药包中心距自由面的 最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是 爆破作用和岩石抛掷的主导方向。
另外，工业炸药的密度也不能进行大幅 度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极 限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破 对象的性质，合理选择炸药品种并采取适宜 的装药结构，从而提高炸药能量的有效利用， 是改善爆破效果的有效途径。
2020/3/28
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3 爆破破岩机理
爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一 个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩 体内爆炸激起的冲击波和应力波的参数不 同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明 显的影响。
用
径向压缩引起的切向拉伸
爆破的内部作用
1—径向裂隙 2—环向裂隙
rc－药包半径；Rc－粉碎区半径；Rp－破裂区半径径向裂隙和环向裂隙的形成原理
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。
岩石爆破破坏机理及爆破地震波的特性研究
岩石爆破破坏机理及爆破地震波的特性研究作者：王文等来源：《科学与财富》2015年第27期摘要：随着爆破技术的广泛应用，其所产生的震动、空气冲击波、噪音、飞石等负面影响日益引起了人们的关注，其中爆破震动被认为是各种公害之首。
爆破所产生的地震波对各种结构均有不同程度的影响，尤其是地下结构，可能出现巷道围岩失稳、支护结构失效破坏、诱发冲击矿压等严重后果。
因此，研究爆破地震波对巷道围岩的影响，探讨掘进爆破巷道围岩的动力响应尤为重要，是爆破震动研究领域中的重点内容。
关键词：爆破地震波，巷道围岩，爆破振动一、岩石爆破破坏机理当岩体采用爆破开挖的方法，炸药在炮孔中起爆后，岩石发生的变形破坏大致有以下几个过程：（1）强大的冲击波压应力使炮孔周围岩石受压破碎，在瞬时形成压缩破碎和初始裂隙；（2）环向拉应力及应力波反射拉应力使岩石中的裂隙扩展，引起岩石进一步破裂，包括初始裂隙的形成和二次裂隙的扩展；（3）爆生气体膨胀作用使岩石中的裂隙贯穿形成碎块，碎胀体积增加，岩石运动，形成爆破漏斗。
根据岩石的破坏情况，除了在装药处形成的空腔，大致可将其分为三个区域：压缩粉碎区、破裂区和震动区。
如图1.1所示，图中：1—震动区；2—破裂区；3—粉碎区；4—空腔。
图1.1 爆破作用下岩石的破坏特征二、爆破地震波概述2.1 爆破地震波的形成药包在岩石中爆炸后，最初施加在岩石上的是冲击荷载，产生冲击波，作用于爆炸中心近区岩体。
随着冲击波传播距离的增大，其波阵面会因破坏作用而倾斜，波的正压作用时间会随着波传播距离的增加而增加。
随着传播距离的增大，应力波衰减的速度较慢，作用范围较大，一般为装药半径的120-150倍。
当传播距离超过药包半径的400～500倍时，应力波的幅值大大减小，但其所产生的移动能长时间作用在岩体上即正压作用时间加长，使岩体的裂隙加宽，产生明显的相对移动，此时压缩应力波衰变为具有周期性振动的地震波。
2.2 爆破地震波的分类爆破地震波是由应力波从远区传播到界面，并且在界面上产生反射和折射叠加而形成的。
《岩土爆破理论》课件
可持续发展要求
合理利用资源、降低能耗 、提高效率、推动技术创 新等
和减震降噪技术， 实现绿色施工
05
岩土爆破理论展望
岩土爆破理论研究前沿
数值模拟与物理模拟相结合
通过建立更精确的数值模型，结合物理实验，深入研究岩土爆破 过程中的力学行为和破坏机制。
智能爆破技术
岩土爆破的基本原理
01
炸药爆炸产生的高温高压气体使岩土介质破碎或松 动。
02
炸药爆炸产生的冲击波和爆炸气体在岩土中形成冲 击应力波和剪切波，使岩土介质产生破坏。
03
炸药爆炸产生的爆炸气体膨胀作用将破碎的岩土介 质抛出，形成爆破漏斗。
岩土爆破的历史与发展
01
19世纪中叶，炸药和爆破技术开始应用于采矿和隧道开挖领域 。
利用微震监测技术，实时监测爆破过 程中的振动和破坏情况，提高爆破效 果和安全性。
通过控制炸药爆炸的方向和能量分布 ，实现特定方向的岩土破碎和分离。
岩土爆破工程实践展望
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复杂环境下的爆破工程
针对复杂地形、地貌、地质条件下的岩土爆破工 程，研究相应的技术和方法，提高工程安全性和 可靠性。
城市地下空间开发中的爆破工程
确保使用的爆破设备和工具符合安全标准， 并定期进行检查和维护。
应急预案
制定应急预案，以应对可能发生的意外情况 ，包括人员伤亡、设备损坏等。
岩土爆破效果评估
01
02
03
破碎效果评估
根据破碎后的岩土粒径分 布、破碎程度等指标，评 估爆破效果是否达到预期 要求。
经济效益评估
比较不同爆破方案的施工 成本、经济效益等指标， 选择最优方案。
根据岩土性质、爆破条件和爆破 要求，选择合适的炸药类型和规 格，以达到最佳的爆破效果。
南华大学-岩石的爆破破碎机理-7页精选文档
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。
钻爆作业爆破破岩作用机理及有关概念无限介质中的爆破
4.3.2 钻爆作业1. 爆破破岩作用机理及有关概念（1）无限介质中的爆破作用假定将药包埋置在无限介质中进行爆破，则在远离药包中心不同的位置上，其爆破作用是不相同的。
大致可以划分为四个区域，如图7—1所示。
◆压缩粉碎区——指半径为1 R 范围的区域。
该区域内介质距离药包最近，受到的压力最大，故破坏最大。
当介质为土壤或软岩时，压缩形成一个环形体孔腔；介质为硬岩时，则产生粉碎性破坏，故称为压缩粉碎区。
◆抛掷区——1 R 与 2 R 之间的范围叫抛掷区。
在这个区域内介质受到的爆破力虽然比压缩粉碎区小，但介质的结构仍然被破坏成碎块。
炸药爆炸能量除对介质产生破坏作用外，尚有多余能量使被破坏的碎块获得运动速度，在介质处于有临空面的空间时，则在临空面方向上被抛掷出去，产生抛掷运动。
◆破坏区——该区又叫松动区，是指2 R 与 3 R 之间的区域。
爆炸能量在此区域内只能使介质破裂松动，已没有能力使碎块产生抛掷运动。
◆震动区——3 R 与 4 R 之间的范围叫爆破震动区。
在此范围内，爆破能量只能使介质发生弹性变形，不能产生破坏作用。
举例：移山填海、自已参与科研常德烟厂基础拆除爆破、水池爆破等。
（2）爆破基本概念◆临空面——又叫自由面，是指暴露在大气中的开挖面。
◆爆破漏斗——在有临空面的情况下，炸药爆破形成的一个圆锥形的爆破凹坑就叫爆破漏斗。
如图7—2所示。
◆最小抵抗线（W ）——药包中心到自由面的最短距离。
◆爆破漏斗半径（r）——最小抵抗线与自由面交点到爆破漏斗边沿的距离。
◆爆破作用指数——爆破漏斗半径r与最小抵抗线W 的比值n，称为爆破作用指数，这是一个描述爆破漏斗大小，爆破性质，抛掷堆积情况等因素的重要相关系数。
通常把n=1的爆破称为标准抛掷爆破，其漏斗称为标准抛掷爆破漏斗；n＞1的爆破称为加强抛掷爆破或扬弃爆破；0.75<n<1的爆破称为加强松动或减弱抛掷爆破；n≤0.75的爆破称为松动爆破。
平坦地形的松动爆破结果，只能看到岩土破碎和隆起，并没有爆破漏斗可见。
岩石爆破破岩机理
岩石爆破破岩机理论文导读：岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
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。
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。
岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
关键词：爆炸，气体膨胀，应力波，爆破，自由面，径向裂隙岩体在冲击荷载的作用下产生应力波或冲击波，它在岩体中传播，引起岩石变形乃至破坏。
炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。
由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，从而在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播。
1、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。
2、爆炸应力波反射拉伸作用岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波引起岩石破碎，岩石的破坏形式是拉应力大于岩石的抗拉强度而产生的，岩石是被拉断的。
岩石爆破破碎正是爆生气体和爆炸应力波综合作用的结果。
因为冲击波对岩石的破碎作用时间短，而爆生气体的作用时间长，爆生气体的膨胀促进了裂隙的发展；同样，反射拉伸波也加强了径向裂隙的扩展。
岩体内最初裂隙的形成是由冲击波或应力波造成的，随后爆生气体渗入裂隙并在准静态压力作用下，使应力波形成的裂隙进一步扩展。
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① 药包爆炸时产生大量的高温高 压气体，以极高的压力作用于药包周 围的岩壁上，形成径向压应力场。
图4-5 炮孔爆破爆轰气体孔壁 径向膨胀压力
② 当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉应力时，将产生切 向拉伸破坏，形成径向裂纹。
图4-6 炮孔爆破爆轰气体孔壁 径向膨胀压力破坏作用 力学分析
图4-7 炮孔爆破爆轰气体孔壁径向 膨胀压力导致的径向裂纹
4 爆破破岩基本原理
炸药能量转换的过程、形式与作用： ★ 爆炸冲击波、应力波 ★ 爆轰气体膨胀准静压力
4.1 爆破破岩理论
(1)应力波作用学说（shock wave failure theory）
这种学说以爆炸动力学为基础，揭示了应力波引起岩石破碎的作用机 理。这种学说没有考虑爆轰气体的破坏作用。其基本观点如下： ① 爆轰波对药包周围岩壁的冲击压缩作用，在岩壁中激发形成冲击 波，并进而衰减为向外传播的径向压缩应力波。 ② 当岩石为弹性介质时，此径向压缩应力波首先引起岩石的径向弹 性位移，进而引起岩石的切向拉伸变形和切向拉伸应力。当岩石的动 态抗拉强度低于此拉伸应力时，就会使岩石产生切向拉伸破坏，形成 径向裂纹。之后，岩石的弹性变形恢复过程中将在岩石中产生径向拉 伸应力，若此拉伸应力达到或超过岩石的动抗拉强度，即会使岩石产 生径向拉伸破坏，形成切向裂纹。
图4-1 炮孔爆破应力波波峰应力分析
图4-2 炮孔爆破爆破应力波导致的 径向和切向拉伸破坏
注：1－压缩破坏区 2－弹性破坏区 3－径向裂纹 4－环形裂纹
③ 当径向压缩应力波与 自由面相遇时，将形成一 反向传播的拉伸应力波。 当拉伸应力达到或超过自 由面处岩石的动态抗拉强 度时，即从自由面开始向 爆源方向产生拉伸片裂破 坏，直至拉伸波的强度低 于岩石的动态抗拉强度处 时为止。
R0
R1
R2
图4-8 爆破的内部作用
R0-药包半径；R1-压碎区；R2-弹性破坏区
Байду номын сангаас
1)压碎区 当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急 剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激发起冲击波， 其强度远远超过岩石的动态抗压强度。在冲击波的作用下， 对于坚硬岩石，在此范围内受到粉碎性破坏，形成压碎区； 对于松软岩石（如页岩、土壤等），则被压缩形成空腔， 空腔表面形成较为坚实的压实层，这种情况下的压碎区又 称为压缩区。 虽然压碎区的范围不大，但由于岩石遭到强烈粉碎，能 量消耗却很大。因此，爆破岩石时，应尽量减小或避免形 成压碎区。
4 爆破破岩基本原理
实践中爆破的对象多为岩体。 由于岩体的非均质不连续特性和爆炸现象的高温、高压、高速、延 续时间极短（几十微秒到几十毫秒）的特性，采用目前人类已有的科技 手段，还难以对爆破过程中岩体的不同位置岩石的物理和力学状态参数 及其随时间的变化进行系统、全面、准确的测量。 至目前，人们对岩体爆破作用机理的认识尚停留在定性描述、基于 经验或者若干理想假设的量化描述水平上，远未成熟和完善。 尽管如此，相关研究的若干成果基本上反映了岩石爆破的某些规律， 对爆破实践具有一定的指导意义与应用价值。
在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆 轰气体的破坏作用是主要的。
4.2 单个药包的爆破作用
为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质， 并将装药简化为在一个自由面条件下的单个球形药包。球形药包 的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。
(1)爆破的内部作用 当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面 时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用，相当于单个药 包在无限介质中的爆破作用。随离药包中心距离的变化，岩石的 破坏特征将发生明显的变化。 根据岩石的破坏特征，可将偶合装药条件下，受爆炸影响的 岩石分为三个区域（图4-8）。
图 4-3 径向压缩应力波在自由面 产生的拉伸应力波
1 (a)
2
(b)
(c)
(c)
图 4-4 反射拉伸破坏过程示意图
1-压缩应力波波阵面； 2-反射拉应力波波阵面
(2)爆轰气体压力作用学说（explosion gas failure theory）
这种学说从静力学观点出发，认为 爆轰气体（explosion gas）的膨胀 压力引起岩石的破碎。这种学说没有 考虑冲击波和应力波（stress wave） 的作用。其基本观点如下：
(3)应力波和爆轰气体压力共同作用学说 这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中 所起的作用，认为岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用 的结果。其基本观点如下： 爆轰波的传播速度和波阵面上的压力大大高于爆轰气体产 物膨胀产生的压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围 的岩壁上，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。 冲击波可使药包附近的岩石产生“压碎”现象，而应力波可 在压碎区域之外产生径向裂纹和环向裂纹，形成弹性破坏区。
随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体 “楔入”在应力波作用下产生的弹性破坏区内的裂纹（特别是径 向裂纹），使裂纹继续向前延伸和进一步张开。
与之同时，若岩石的破坏与自由面连通，爆轰气体压力将使破 碎岩块产生径向移动。
对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用程度是 不同的。在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数 较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的；
4 爆破破岩机理
4 爆破破岩基本原理
4 爆破破岩基本原理
4 爆破破岩基本原理
爆破的对象：岩石/岩体 爆破的过程：力学/动力学作用下发生破坏与运动
了解岩石的爆破破坏机理，对于科学制定爆破技术方案、合理选取爆 破技术参数，准确控制爆破效果，都具有重要指导意义。
本章内容主要包括：
◆ 爆破破岩理论—关于岩石爆破破坏机理的解释 ◆ 内、外部作用原理 ◆ 装药量计算基本原理 ◆ 爆破参数选择的一般原理
注：1－压缩破坏区 2－弹性破坏区 3－径向裂纹 4－环形裂纹
③ 作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位 移，由于作用力的不等引起径向位移的不等，导致 在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石 的抗剪强度时，岩石就会产生剪切破坏。
④ 当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推 动破碎岩块作径向抛掷运动。
图4-5 炮孔爆破爆轰气体孔壁 径向膨胀压力
② 当岩石的抗拉强度低于压应力在切向衍生的拉应力时，将产生切 向拉伸破坏，形成径向裂纹。
图4-6 炮孔爆破爆轰气体孔壁 径向膨胀压力破坏作用 力学分析
图4-7 炮孔爆破爆轰气体孔壁径向 膨胀压力导致的径向裂纹
4 爆破破岩基本原理
炸药能量转换的过程、形式与作用： ★ 爆炸冲击波、应力波 ★ 爆轰气体膨胀准静压力
4.1 爆破破岩理论
(1)应力波作用学说（shock wave failure theory）
这种学说以爆炸动力学为基础，揭示了应力波引起岩石破碎的作用机 理。这种学说没有考虑爆轰气体的破坏作用。其基本观点如下： ① 爆轰波对药包周围岩壁的冲击压缩作用，在岩壁中激发形成冲击 波，并进而衰减为向外传播的径向压缩应力波。 ② 当岩石为弹性介质时，此径向压缩应力波首先引起岩石的径向弹 性位移，进而引起岩石的切向拉伸变形和切向拉伸应力。当岩石的动 态抗拉强度低于此拉伸应力时，就会使岩石产生切向拉伸破坏，形成 径向裂纹。之后，岩石的弹性变形恢复过程中将在岩石中产生径向拉 伸应力，若此拉伸应力达到或超过岩石的动抗拉强度，即会使岩石产 生径向拉伸破坏，形成切向裂纹。
图4-1 炮孔爆破应力波波峰应力分析
图4-2 炮孔爆破爆破应力波导致的 径向和切向拉伸破坏
注：1－压缩破坏区 2－弹性破坏区 3－径向裂纹 4－环形裂纹
③ 当径向压缩应力波与 自由面相遇时，将形成一 反向传播的拉伸应力波。 当拉伸应力达到或超过自 由面处岩石的动态抗拉强 度时，即从自由面开始向 爆源方向产生拉伸片裂破 坏，直至拉伸波的强度低 于岩石的动态抗拉强度处 时为止。
R0
R1
R2
图4-8 爆破的内部作用
R0-药包半径；R1-压碎区；R2-弹性破坏区
Байду номын сангаас
1)压碎区 当密闭在岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微秒内急 剧增高到数万兆帕，并在药包周围的岩石中激发起冲击波， 其强度远远超过岩石的动态抗压强度。在冲击波的作用下， 对于坚硬岩石，在此范围内受到粉碎性破坏，形成压碎区； 对于松软岩石（如页岩、土壤等），则被压缩形成空腔， 空腔表面形成较为坚实的压实层，这种情况下的压碎区又 称为压缩区。 虽然压碎区的范围不大，但由于岩石遭到强烈粉碎，能 量消耗却很大。因此，爆破岩石时，应尽量减小或避免形 成压碎区。
4 爆破破岩基本原理
实践中爆破的对象多为岩体。 由于岩体的非均质不连续特性和爆炸现象的高温、高压、高速、延 续时间极短（几十微秒到几十毫秒）的特性，采用目前人类已有的科技 手段，还难以对爆破过程中岩体的不同位置岩石的物理和力学状态参数 及其随时间的变化进行系统、全面、准确的测量。 至目前，人们对岩体爆破作用机理的认识尚停留在定性描述、基于 经验或者若干理想假设的量化描述水平上，远未成熟和完善。 尽管如此，相关研究的若干成果基本上反映了岩石爆破的某些规律， 对爆破实践具有一定的指导意义与应用价值。
在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆 轰气体的破坏作用是主要的。
4.2 单个药包的爆破作用
为了分析岩体的爆破破碎机理，通常假定岩石是均匀介质， 并将装药简化为在一个自由面条件下的单个球形药包。球形药包 的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。
(1)爆破的内部作用 当药包在岩体中的埋置深度很大，其爆破作用达不到自由面 时，这种情况下的爆破作用叫作爆破的内部作用，相当于单个药 包在无限介质中的爆破作用。随离药包中心距离的变化，岩石的 破坏特征将发生明显的变化。 根据岩石的破坏特征，可将偶合装药条件下，受爆炸影响的 岩石分为三个区域（图4-8）。
图 4-3 径向压缩应力波在自由面 产生的拉伸应力波
1 (a)
2
(b)
(c)
(c)
图 4-4 反射拉伸破坏过程示意图
1-压缩应力波波阵面； 2-反射拉应力波波阵面
(2)爆轰气体压力作用学说（explosion gas failure theory）
这种学说从静力学观点出发，认为 爆轰气体（explosion gas）的膨胀 压力引起岩石的破碎。这种学说没有 考虑冲击波和应力波（stress wave） 的作用。其基本观点如下：
(3)应力波和爆轰气体压力共同作用学说 这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中 所起的作用，认为岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用 的结果。其基本观点如下： 爆轰波的传播速度和波阵面上的压力大大高于爆轰气体产 物膨胀产生的压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围 的岩壁上，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。 冲击波可使药包附近的岩石产生“压碎”现象，而应力波可 在压碎区域之外产生径向裂纹和环向裂纹，形成弹性破坏区。
随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体 “楔入”在应力波作用下产生的弹性破坏区内的裂纹（特别是径 向裂纹），使裂纹继续向前延伸和进一步张开。
与之同时，若岩石的破坏与自由面连通，爆轰气体压力将使破 碎岩块产生径向移动。
对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用程度是 不同的。在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数 较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的；
4 爆破破岩机理
4 爆破破岩基本原理
4 爆破破岩基本原理
4 爆破破岩基本原理
爆破的对象：岩石/岩体 爆破的过程：力学/动力学作用下发生破坏与运动
了解岩石的爆破破坏机理，对于科学制定爆破技术方案、合理选取爆 破技术参数，准确控制爆破效果，都具有重要指导意义。
本章内容主要包括：
◆ 爆破破岩理论—关于岩石爆破破坏机理的解释 ◆ 内、外部作用原理 ◆ 装药量计算基本原理 ◆ 爆破参数选择的一般原理
注：1－压缩破坏区 2－弹性破坏区 3－径向裂纹 4－环形裂纹
③ 作用于岩壁上的压力引起岩石质点的径向位 移，由于作用力的不等引起径向位移的不等，导致 在岩石中形成剪切应力。当这种剪切应力超过岩石 的抗剪强度时，岩石就会产生剪切破坏。
④ 当爆轰气体的压力足够大时，爆轰气体将推 动破碎岩块作径向抛掷运动。