岩石爆破损伤断裂的细观机理

爆破作用下的岩石破碎和破裂机理研究岩石爆破技术已经广泛的应用于矿山开采及工程施工中，然而，爆破作用下的岩石破碎和破裂机理非常复杂，需要进行系统的探讨。

介绍了常见的爆破破岩理论，分析了炸药在岩石中爆破作用的范围，包括压碎区、破裂区及震动区，分析了各范围的作用机理及破坏特点。

标签：爆破岩石破碎压碎区破碎区震动区1引言在工程施工、矿山开采等活动中，经常需要对岩石进行爆破。

爆破时，需要根据施工要求及岩石的特点，选择合适的爆破手段。

研究爆破作用下的岩石破碎和破裂机理，对于精确掌握爆炸作用下的岩石破碎区域、破裂程度与炸药类型的关系，掌控爆炸效果，优化爆破方案具有重要的意义。

2爆破破岩理论介绍2.1爆炸气体产物膨胀压力破坏理论根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石中的炸药爆炸时，产生了大量的气体，温度和压强不断增大，随着气体的不断膨胀，产生了强大的压力作用在岩石岩壁上。

因为各方位的作用力不同，引起了不同的径向位移，形成了剪切应力。

当剪切应力达到一定程度后，会引起岩石的破裂。

根据爆炸气体产物膨胀压力破坏理论，岩石只有在爆炸气体作用的时间内发生破碎，且产生冲击波的能量仅占炸药总能量的5%～15%，这样少的能量很难使整块岩石破碎。

实际应用说明，在爆炸时，还有其他作用对岩石产生了巨大的影响。

2.2冲击波引起应力波反射破坏理论根据冲击波引起应力波反射破坏理论，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。

该理论的主要依据：（1）冲击波波阵面的压力比爆炸气体产物的膨胀压力大得多；（2）岩石的抗拉强度比抗压强度低得多，在自由面处确实常常发现片裂、剥落现象。

（3）根据应力波理论：压缩应力波在自由面处反射成为拉伸应力波。

2.3爆炸气体膨胀压力和应力波共同作用根据该理论，岩石的破坏是高温、高压气体和应力波共同作用的结果。

爆炸时产生的高温、高压气体和应力波有不同的作用。

炸药爆炸后在岩石中产生爆炸冲击波，使炮孔周围附近的岩石被“粉碎”；由于消耗大量的能量，冲击波衰减为应力波，在粉碎区之外造成径向裂隙，反射应力波使这些裂纹进一步扩展；爆炸时产生的高温、高压气体，会发挥“气楔作用”使裂隙扩大，并最终贯通形成岩块。

岩爆的原理岩爆是指岩石在高温和高压环境下发生剧烈爆破的现象。

岩爆的原理主要涉及岩石受到应力的作用，导致弹性能量积累并达到临界点时，岩石发生应力释放和有序破裂。

下面将详细解释岩爆的原理。

在地壳深处存在着许多岩石，受到地球内部和外部的各种力的作用。

这些力有地球内部热液的高温高压、地壳运动的挤压和拉伸力等，使得岩石遭受了极高的应力。

当岩石的应力达到其抗压强度极限时，岩石会突然破裂并释放出巨大的能量，形成岩爆。

岩爆的发生主要取决于岩石的物理和力学性质，以及周围环境的条件。

岩爆的原理可以解释为以下几个方面：1. 弹性能量积累：当岩石受到外部应力时，其会发生弹性变形，形成应变能。

岩石的弹性模量和体积决定了其储存弹性能量的能力。

长期以来，岩石受到复合应力的作用，使得其内部产生了巨大的弹性能量。

2. 应力释放和有序破裂：当岩石内部积累的应力超过其抗压强度时，岩石会发生应力释放和有序破裂。

岩石断裂面的扩展和错动会导致岩石内部应力的剧烈释放，并释放出大量的能量。

3. 管道效应和波动扩散：当岩石发生破裂时，由于断裂面的错动，会形成管道效应。

这种效应使得能量沿着断裂面向外传播，产生巨大的冲击波和爆炸波。

同时，在岩石内部和周围会产生巨大的应力波、压力波和剪切波，使得岩石周围的岩层也受到了破坏和变形。

4. 能量释放和喷发：岩爆的释放能量通常以爆炸的形式表现出来，这种爆炸会产生大量的高温和高压热气体。

这些高温高压气体会迅速膨胀并向周围环境释放，形成岩层喷发和崩塌的现象。

岩爆的原理是复杂的，涉及岩石的物理、化学和力学特性等多个方面。

岩石的类型、温度、压力和湿度等条件都会影响岩爆的发生和规模。

同时，随着岩石内部应力的增加和释放，岩爆也会引发地震、火山喷发等自然灾害。

为了避免岩爆的发生和减小其危害，对于有潜在岩爆危险的地质环境，应采取措施进行预警和监测，同时采取适当的工程措施来增加岩石的稳定性和抗压能力。

这样可以更好地预防和应对岩爆带来的灾害。

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。

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，位移阻力各方向上的不等，产生剪切应力，通过剪切破坏岩石。

岩石爆破破碎机理的研究引言：岩石爆破破碎机理一直是地质工程和采矿工程领域中的一个重要课题。

通过深入研究岩石爆破的机理，可以提高爆破技术的效率、降低成本、减少人员伤亡，并为相关工程的设计和实施提供科学依据。

本文将探讨岩石爆破破碎机理的研究现状和未来发展方向。

一、岩石力学与爆破原理的相互关系在研究岩石爆破破碎机理之前，我们首先需要了解岩石的力学性质和爆破原理。

岩石是一种多孔介质，具有断裂、蠕变和破碎等特性。

而岩石爆破则是通过在岩石内部施加高压气体或爆炸药物，使其承受超过其强度极限的应力，从而导致断裂和破碎。

岩石的力学性质对爆破机理有着重要的影响。

例如，岩石的强度、断裂模式和岩层的结构均会影响岩石在爆破过程中的应力传递和破碎。

因此，为了更好地理解岩石爆破机理，研究者们在实验室中进行了大量的力学试验和数值模拟。

二、岩石爆破破碎机理的实验研究为了探究岩石爆破破碎机理，许多科学家和工程师进行了大量的实验研究。

通过测量岩石在不同压力和荷载条件下的应力应变曲线，可以得到岩石的破坏特征和力学参数。

同时，研究人员还通过观察岩石的裂缝扩展和破碎形态，揭示了破碎机制和断裂过程。

实验研究还包括模拟岩石爆破的过程。

通过在实验室中设置类似于地下爆破环境的条件，科学家们可以研究岩石受到爆破冲击波时的应力分布和破碎扩展。

三、岩石爆破破碎机理的数值模拟除了实验研究，数值模拟是研究岩石爆破机理的重要手段。

通过建立适当的数学和物理模型，可以模拟和预测岩石在爆破过程中的应力响应、断裂行为和破碎形态。

基于有限元法和颗粒流模型，研究者们可以在计算机上模拟岩石的破裂过程，并通过调整模型参数来推测爆破参数的最佳配置。

这种数值模拟方法在评估岩石破碎效果、优化方案设计和减少爆破振动中具有重要意义。

四、岩石爆破破碎机理的应用岩石爆破在地质工程和采矿工程中有着广泛的应用。

通过正确理解和掌握岩石爆破的机理，可以提高开采率、减少能源消耗并改善环境。

在交通基础设施建设中，岩石爆破还可以用于隧道和地下工程的开挖。

爆炸荷载下围岩损伤断裂主动控制技术及机理研究随着我国矿产资源绿色开采概念的提出和发展,实现被爆岩体高效开挖,最大程度减小对保留岩体的损伤和破坏已成为当今学者关注的热点问题。

在爆破工程中,炸药爆炸产生的能量随机释放,必然会对保护岩体造成损伤和破坏。

因此,如何引导爆炸能量向被爆岩体传播,阻断和减小爆炸能量向保护岩体传播,减小爆炸对保留岩体破坏成为亟待解决的问题。

本文正是基于此,研究了预裂爆破和护壁爆破减损机理,并提出双了系统减损技术,具体研究内容如下:1.利用数字激光动焦散实验系统和理论分析,研究预裂缝对保留岩体和被爆岩体裂纹起裂、扩展的影响规律。

(1)预裂缝可以阻止爆生裂纹向保留岩体扩展,加大被爆岩体损伤。

在爆炸荷载的作用下,预裂缝两端产生的翼裂纹向保留岩体扩展,随着预裂缝长度的增加,其翼裂纹扩展长度增大;随着预裂缝宽度的增加,其翼裂纹扩展长度减小。

预裂缝长度和宽度变化对保留岩体内原生裂纹扩展有一定影响。

长度较短的预裂缝(L=20~80 mm),对保留岩体内原生裂纹B扩展有促进作用,只有当预裂缝长度增加到一定程度(L=100 mm),才会对保留岩体内原生裂纹扩展有抑制作用;随着预裂缝宽度增加,保留岩体内原生裂纹B扩展长度呈现先降低后增加趋势,预裂缝存在一个最优宽度,使得保留岩体内原生B裂纹扩展长度最短。

(2)原生裂纹B迎爆侧翼裂纹B_Z起裂时的K_I~d小于背爆侧B_Y起裂时的K_I~d;当有预裂缝存在时,原生裂纹B两端翼裂纹B_Z和B_Y起裂时的K_I~d均小于无预裂缝起裂时的K_I~d,且随着预裂缝长度和宽度的增加迎爆侧B_Z起裂时的K_I~d均逐渐降低;翼裂纹B_Z和B_Y的K_I~d峰值随着预裂缝长度增加而减小,B_Z和B_Y的K_I~d均值随着预裂缝宽度增加呈现先降低后上升趋势。

(3)空孔不仅可以引导预裂孔产生定向裂纹,还可以抑制预裂缝尖端产生新的翼裂纹,对保留岩体起到很好的保护作用。

空孔半径越大,空孔导向作用越来越明显,主应力差越来越小。