岩土爆破理论sjs
3 岩石爆破作用机理三大学说
• 药包爆炸时，产生高温、
压气体。气体迅速膨胀，以极 高压力（104MPa量级）作用 于药包周围岩壁上，形成径向 压应力场、同时衍生切向拉应 力场。 ❖ 当岩石抗拉强度低于切向拉
应力时，将产生径向裂隙。
θ
σr σσ
σr
θ
θ
σ
σ
θ
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(a)
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爆轰波、爆轰气体，作用于 药包周围岩壁上，在岩石中 形成冲击波并很快衰减为应 力波。
冲击波在药包附近产生 “压 碎”现象，应力波在压碎区 域之外产生径向裂隙。
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R0
R1 R2
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随后，爆轰气体继续压缩压碎的岩石，并“楔入”应力波作 用下产生的裂隙中，使之继续延伸和张开。
❖ 了解岩石爆破破碎作用机 理是优化爆破参数，获得 良好爆破效果的基础。
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施工人员正在钻孔
3 岩石爆破破碎机理三大学说
❖ 经典岩石爆破破碎机理有如下三大学说：
村田勉等提出的爆炸气体膨胀压力作用学说； 日野熊雄等提出的爆炸冲击波（应力波）作用学说； 综合2派观点的爆炸应力波和气体膨胀共同作用学说。
冲击波作用区之外，是应力波，其衰减规律与冲击波相
同，但衰减指数较小。前苏联学者给出的衰减指数为
• 我国武汉岩土力学研究所通过现场试验得出的应力波
衰减指数为：
• 在应力波作用区，岩石中柱状应力波的径向应力与切向
应力之间有如下关系：
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3 岩石爆破作用机理三大学说
• 在交通、水利水电、采矿 等工程领域，爆破是最广 泛、有效破岩手段。
破应用于巷道掘进，就有了计算炸药量的方法，出现了早 期爆破理论。
❖ 爆破理论确立阶段 20/60年代日野熊雄提出冲击波拉伸破坏理论和U.兰格福
斯（Longefors）等提出爆炸气体膨胀破坏开始，到70年代 L.G朗（Long）提出爆破作用三个阶段止，历时十余年基本 确立岩石爆破理论。
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❖ 应力波作用学说只考虑了拉应
缺陷
力波在自由面反射作用，忽视
了爆轰气体作用。
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三、应力波和爆轰气体压力共同作用学说
该学说综合考虑应力波和爆轰气体在岩石破 坏过程中所起作用，认为：岩石爆破破坏是 应力波和爆轰气体共同作用结果。 为大多数研究者所接受。基本观点如下：
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2 岩石中爆炸应力波
❖ 岩石中应力波特性 ➢ 炸药在岩石中爆炸，开始产生的是冲击波，极短时
间上升到峰值压力，而后迅速下降，作用过程很短。 ➢ 冲击荷载作用下，岩石内激起爆炸应力波。 ➢ 了解应力波特性是研究爆破机理的前提。
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2 岩石中爆炸应力波
➢ 爆炸应力波随爆源距离变化特点： • 爆源近区是冲击波，以超声速传播； • 随距离增大，冲击波衰减为压缩应力波，以声速传播； • 距离进一步增大，应力波衰变为周期性振动地震波。
❖ 但由于爆破特殊性、岩石性质不确定性，使爆破理 论不统一，众说纷纭。
❖ 从发展历程看，岩石爆破理论发展经历3阶段：早期 发展阶段、爆破理论确立阶段、爆破理论最新发展 阶段。
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1.岩石爆破理论发展
❖ 早期发展阶段 1613德国马林（Marlin) 、Weigel等在Freisberg矿将爆
Байду номын сангаас• 若药室半径为a，距离爆
心r处的岩体内冲击波压力：
Pr
PD
(
a r
)n
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• 应力波向前传播，传到
自由面产生反射拉应力波 1
2
• 当拉应力波强度超过自
由面处岩石动抗拉强度，
产生拉伸片裂破坏，岩石
(a)
(b)
1-压应力波波头；2-反射拉应力波头
逐渐片裂形成爆破漏斗。
1.岩石爆破理论发展
❖ 爆破理论最新发展 ❖ 始于20/80年代，主要标志：裂隙介质爆破机理的产
生；断裂力学与损伤力学的引入；爆破计算机模拟 技术应用等。 ❖ 随着实验技术和相关学科的发展，岩石爆破机理的 研究出现了一个崭新局面。 ❖ 但是，由于爆破对象复杂性、爆破过程高温、高压、 高速等特征的不可测试性，迄今人们对岩石爆破破 碎机理仍无定论。
❖ “三大学说”一定程度上反映了岩石爆破作用机理， 对爆破理论研究和实践具有重要意义。
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一、爆轰气体压力作用学说( explosion gas failure theory) 该学说从静力学观点出发，认为岩石破碎主要是由
爆轰气体（explosion gas）膨胀压力引起的。其基本观 点如下：
岩石爆破理论 第一部分
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主要内容
❖ 1.岩石爆破理论发展概况 ❖ 2. 岩石中爆炸应力波 ❖ 3. 岩石爆破作用机理三大学说 ❖ 4. 药包爆破作用原理 ❖ 5.爆破漏斗 ❖ 6. 利文斯顿爆破漏斗理论
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1.岩石爆破理论发展
❖ 随着科学技术发展，特别计算机模拟技术在爆破领 域应用，岩石爆破理论已有长足进步。
二、应力波作用学说（shock wave failure theory） 该学说以爆炸动力学为基础，认为岩石破 碎主要是应力波引起。基本观点如下：
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2 岩石爆破作用机理三大学说
• 爆轰波冲击、压缩药包
周围岩壁，形成冲击波并快
速衰减为应力波；应力波使
近距离岩石破碎，远距离岩
石变形开裂。
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2 岩石中爆炸应力波
❖ 岩石中爆炸冲击波的衰减规律 爆源近区，岩石中传播的是冲击波。岩石可看成流体，
冲击波压力随距离衰减规律为：
Pr
P2r
式中
为比距离，r 为距药室中心的距离；
rb 为药室（炮眼）半径； r 为径向应力峰值；
为压力衰减指数，对冲击波取
，
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2 岩石中爆炸应力波
3 岩石爆破作用机理三大学说
• 同时作用岩壁压力引起质点径向位移，作用力不等径向位 移不同，导致岩石中形成剪应力。超过岩石抗剪强度时， 产生剪切破坏；爆轰气体压力足够大时，将推动破碎岩块 作径向抛掷运动。
• 该学说忽视了岩体中冲击波和应力波（stress wave）
的破坏作用。
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