岩石爆破破碎机理研究

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。

爆破原理及爆破方法第一节爆破作用原理一、岩体爆破破坏机理爆破是当前破碎岩石的主要手段。

关于岩石等脆性介质爆破破坏机理，有许多假设，按其基本观点，归纳起来有爆轰气体膨胀压力作用破坏论、应力波及反射拉伸破坏论、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论三种。

1．爆轰气体膨胀压力作用破坏论该理论认为炸药爆炸所引起脆性介质(岩石)的破坏，使其产生大量高温高压气体，它所产生的推力，作用在药包四周的岩壁上，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破裂，当爆轰气体的膨胀推力足够大时，会引起自由面四周的岩石隆起，鼓开并沿径向推出。

这种观点完全否认冲击波的动作用，这是不符合实际的。

2．应力波反射拉伸破坏论该理论认为药包爆炸时，强大的冲击波冲击和压缩四周岩石，在岩石中激发成激烈的压缩应力波，当传到自由面反射变成拉伸应力波，其强度超过岩石的极限抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏作用。

这种理论只从爆轰的动力学观点出发，而忽视了爆生气体膨胀做功的静作用，因而也具有片面性。

3．冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用破坏论该理论认为爆破时，岩石的破坏是冲击波和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。

但在解释岩石破碎的原因是谁起主导作用时仍存在不同的观点，一种认为冲击波在破碎岩石时不起主要作用，它只是在形成初始径向裂隙时起了先锋作用，但在大量破碎岩石时则主要依靠爆轰气体膨胀压力的推力作用和尖劈作用。

另一种观点则认为爆破时岩石破碎谁起主要作用要取决于岩石的性质，即取决于岩石的波阻抗。

关于高波阻抗的岩石，即致密坚韧的整体性岩石，它对爆炸应力波的传播性能好，波速大。

关于低波阻松软而具有塑性的岩石，爆炸应力波传播的性能较差，波速较低，爆破时岩石的破坏主要依靠爆轰气体的膨胀压力；关于中等波阻抗的中等坚硬岩石，应力波和爆轰气体膨胀压力同样起重要作用。

技术与检测Һ㊀强冲击荷载下岩石材料断裂及破碎机制研究马运通摘㊀要：随着矿山开采深度的不断加深，矿山围岩遭受频繁冲击载荷作用㊂这种冲击载荷作用有时是微弱的，有时是强烈的，如矿山生产频繁爆破作业，围岩承受动载荷的形式是多次的甚至是循环的，使得控制围岩稳定性问题变得更加复杂㊂因此研究围岩在反复冲击载荷情况下的力学响应及稳定性具有重要的现实意义㊂发现裂纹在压剪应力作用下产生翼裂纹，翼裂纹将沿主应力方向，随压剪裂纹进一步增加，次生裂纹将在裂纹端部或盐桥中间起裂㊂通过建立损伤度和冲击次数（或相对冲击次数）的公式来拟合岩石损伤与冲击次数的关系，研究轴压㊁围压对各阶段损伤的影响，得了很好的结果㊂基于此，文章对强冲击荷载下岩石材料断裂及破碎机制进行研究，以供参考㊂关键词：强冲击荷载下；岩石材料；断裂；破碎机制一㊁引言近年来，随着城市地下轨道交通工程的迅速发展，无论区间隧道还是地铁站基坑，都普遍面临如何在岩石材料中科学安全施工与经济合理营建的问题，这在基坑开挖与支护工程中表现尤为突出㊂建筑基础施工涉及的冲击荷载普遍具有高能㊁高频和高速的动力特征，土体在这类荷载作用下的力学响应测试与评价是当前土力学研究的热点与难点之一，对此研究者们常采用简化的理论分析以及数值模拟等方法进行研究㊂此外，岩石材料的强度多来源于母岩风化残留的结构强度，但这种结构强度极易在动力扰动作用下产生损失，进而引起强度的衰减，加之土体普遍具有风化形成的裂隙，冲击荷载作用下裂隙的发展与贯通会进一步提高细观结构的损伤程度，引起土体力学性能的迅速降低㊂为此，分析强冲击荷载下岩石材料断裂及破碎机制研究，为我国花岗岩残积土地层的基础工程建设提供技术指导㊂二㊁提出强冲击荷载下岩石材料断裂及破碎机制研究的重要意义自然岩体中广泛地存在断层㊁劈理㊁节理等常见的断裂构造，这些 缺陷 的存在不同程度上影响着岩体的强度和稳定性，对各种工程安全顺利建造以及正常使用造成了很大干扰㊂冲击荷载是一种常见的动荷载，往往具有瞬时性㊁往复性的特点，对受冲击荷载物体具有很大的破坏性㊂在工程实践中，岩体经常会承受冲击荷载，如冲击钻孔㊁爆炸等；这些动荷载使岩体发生形态各异的动态断裂坏㊂因此研究冲击荷载下含缺陷类岩石介质的动态裂纹扩展行为有着重要意义㊂众多学者对此做了大量研究工作㊂研究主要从不同角度分析了受冲击荷载时，节理对岩石强度㊁动态裂纹扩展行为的影响，考虑因素有节理的长度㊁倾斜角度和相对位置等；但天然岩石中，往往节理丛生，各节理交错分布；其频度㊁倾向等几何特征对岩石受冲击等动荷载作用时的动态断裂破坏的影响尤为明显㊂对不同节理频度的类岩石介质受冲击荷载作用时的动态裂纹扩展行为进行试验研究㊂三㊁增量荷载时围岩破坏与应力演化（一）增量荷载作用下巷道围岩破坏特征在巷道开挖㊁支护工作完成一定时间后，开启双轴加载系统，以１ｋＮ／ｓ的加载速率对模型分别进行轴向㊁侧向加载，当轴向压力和侧向压力加载至１８５ｋＮ时，巷道端口左帮煤层溃垮，深度３０ｍｍ；顶部出现较多微裂隙，帮部锚杆散落，锚网脱落，锚固能力基本丧失㊂荷载再增加７ｋＮ，加载至２０８ｋＮ，巷道整体突然垮塌，表现为瞬时㊁突然的冲击性破坏㊂在该阶段增量荷载作用下，顶底板及两帮变形量剧烈，巷道由矩形变为椭圆形，部分锚网破断，顶板下沉近４０ｍｍ，由开口一侧向无法看到巷道另一侧㊂（二）增量荷载作用下煤巷围岩冲击破坏规律增量荷载作用下，巷道围岩应力经历了从初始增加到波动增加㊁再到突变及平衡等共七个阶段，阶段Ⅵ则直观反映了围岩瞬时失稳破坏的应力突变规律㊂进一步分析加载持续时间与应力突变时间的关系，阶段Ⅵ应力突变点的时间间隔仅为，即从增量荷载作用开始到围岩破坏，揭示了围岩破坏从孕育到发生的过程㊂应力波动变化为围岩的瞬时破坏积累了条件㊂恒定荷载和增量荷载作用下，深部煤巷的围岩破坏规律为：①巷道冲击破坏前，受恒定荷载作用，岩体应力变化较小，岩体主破裂面尚未形成㊂②冲击破坏发生期间，受增量荷载作用，短时间内岩体主破裂面形成，岩体应力超过支护阻力，造成巷道围岩突然破坏㊂③冲击破坏发生后，岩体应力恢复至静载状态㊂四㊁断裂力学对岩石材料的研究的展望经过各种构造运动的演变，岩石通常存在节理㊁软弱面及断层等特征，这就导致了岩石力学性质的特殊性㊂岩石的力学性质具有非连续性，但是岩石却不是离散介质，他在性质上具有非线性㊁随机性等特性㊂断裂力学理论是建立在金属固体的连续性㊁均匀性的假设上的，因此经典的断裂力学理论是不能直接运用到岩石力学上的㊂在用断裂力学的理论研究岩石的破坏问题时，我们应该将岩石不同于其他连续固体的特殊性质考虑进去㊂国内外学者的不断研究推动了岩石断裂力学的发展，但是很多理论还是与实际工程应用中有着不少误差㊂我们应该将接下来的研究与实际工程结合起来，着重研究探索一下问题：采用有限元分析方法对岩石在受压条件下发生的脆性断裂和弹性断裂进行模拟分析，来研究闭合裂纹尖端的位移及应力场；更加深入地研究岩石在不同受压条件下的断裂机制㊁本构模型及断裂判据；为了探究岩石的断裂韧性与力学性能的关系，还应该建立更为精确的静态及动态的断裂韧性测试方法；在工程实践中，也需要更为准确先进的岩体裂纹检测及防治方法㊂五㊁结语总而言之，岩石在较低应变率冲击下，岩石峰值应力随应变率的变化很小，且岩石在临界破坏时，仍表现出微弱的弹性后效；对岩石试样进行累次冲击后，应变率随着冲击次数的增多而变大，存在一个临界应变率或临界冲击次数，在此之后，岩石趋向于疲劳破坏，最终应变迅速增大㊂在较低应变率累计冲击时，岩石变形模量变化很大，并没有明显的趋势，而应变率较高时变形模量呈现明显降低的趋势㊂通过核磁成像可知，岩石在较低应变率冲击下，呈现轴向劈裂破坏，破坏形态以大块为主，大多为完整的两半，通过核磁微观成像，亮点主要集中在试样边缘，并在主裂纹区集中㊂参考文献：［１］李博．深部煤层掘进巷道冲击地压孕育机制与防治研究［Ｄ］．青岛：山东科技大学，２０１９．［２］陈岩．采动影响下岩石的变形破坏行为及非线性模型研究［Ｄ］．北京：中国矿业大学（北京），２０１８．［３］崔晨光．冲击荷载下岩石非线性变形与损伤研究［Ｄ］．秦皇岛：燕山大学，２０１８．作者简介：马运通，石家庄人，研究方向：岩土工程㊂１７１。

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。

裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型研究1. 引言1.1 概述本文的研究主题是裂隙岩体爆破块度分布特征影响机理及预测模型的研究。

随着工程领域对于裂隙岩体爆破技术应用的增加，对于爆破块度分布特征的认识和预测成为了一个重要的问题。

裂隙岩体在地下工程和采矿等方面具有广泛应用，而其力学性质与结构特性会直接影响块度分布情况，从而影响工程的稳定性和效果。

1.2 背景和研究意义在工程建设中，我们经常需要进行岩体爆破来实现开挖、拆除或者采集等目标。

然而，由于裂隙岩体存在不规则或者复杂的结构特点，导致了爆破后产生的块度分布存在一定的不确定性。

因此，深入研究裂隙岩体爆破产生块度分布特征以及其影响机理具有重要意义。

准确预测裂隙岩体爆破块度分布能够为工程设计和实施提供指导和参考，同时也可帮助优化爆破参数选择，提高工程安全性和经济效益。

此外，对于裂隙岩体爆破块度分布影响机理的研究可以加深对裂隙岩体本质特性的认识，并为进一步开展相关领域的研究提供基础。

1.3 研究目的本研究旨在深入分析裂隙岩体爆破块度分布特征以及与其相关的影响机理，建立相应的预测模型，从而提供工程实践中对于裂隙岩体爆破块度的预测依据。

具体研究内容包括：- 进行裂隙岩体性质分析，探讨其力学特性、结构构造等对于爆破块度分布的影响；- 系统分析爆破过程对于裂隙岩体形成块度分布的机理，并通过实验或模拟方法验证；- 建立预测模型，将裂隙结构和爆破参数与块度关联起来，以实现对裂隙岩体爆破块度分布的预测；- 验证模型在工程实践中的应用效果，并提出改进建议。

本研究的成果将对于裂隙岩体爆破技术应用具有重要意义，可以指导相关工程项目的设计与施工，提高施工效率和安全性。

同时，也可为进一步研究裂隙岩体及其爆破行为提供参考和借鉴。

2. 裂隙岩体爆破块度分布特征分析2.1 裂隙岩体性质分析裂隙岩体是由于受到地壳运动、构造应力等因素的影响而形成的具有一定断裂能力和稳定度的岩石。

裂隙岩体在工程建设中常作为爆破施工的对象，了解其性质对于预测爆破块度分布特征具有重要意义。