第五章 岩石爆破理论
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岩土爆破理论
岩土爆破理论
1
岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
5
爆破漏斗理论 装药量计算原理
影响爆破作用的因素
6 7
1
岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
1.1 岩石爆破理论的发展阶段
爆破理论作为一个学科，划分其发展的不 同阶段，在时间上是很难划分清楚的，但就其 发展过程来说，又必然存在着不同的发展阶段。 即早期发展阶段、爆破理论的确立阶段、爆破 理论的最新发展阶段。
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
反射拉应力波破坏过程示意图
a—入射压力波波前；b—反射拉应力波波前
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
霍普金森效应的破碎机理
（a）应力波合成的过程；（b）岩石表面片落过程
反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 从自由面反射回岩体 中的拉伸波，即使它的强 度不足以产生“片落”， 但是反射拉伸波同径向裂 隙梢处的应力场互相叠加， 可使径向裂隙大大地向前 延伸。
1 1 2
E G 2 2 C s =[ ] =[ ] 2ρ(1 + ν ) ρ
1
式中
E——介质的弹性模量，kPa； ν——介质的泊松比； G——介质的剪切模量，kPa。
2.3.3 应力波的反射 当波遇到界面时，一部分波改变方向，但 不透过界面，仍在入射介质中传播的现象称为 反射。当波从一个介质穿过界面进入另一介质， 入射线由于波速的改变，而改变传播方向的现 象称为透射。
4.1 炸药在岩石中爆破作用的范围
4.1.1 炸药的内部作用 假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均 质岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中 心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎 区、裂隙区及弹性震动区。
1
岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
5
爆破漏斗理论 装药量计算原理
影响爆破作用的因素
6 7
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岩石爆破理论的发展 岩石中的爆炸应力波
岩石中的爆炸气体
2 3 4
岩石的爆破破碎机理
1.1 岩石爆破理论的发展阶段
爆破理论作为一个学科，划分其发展的不 同阶段，在时间上是很难划分清楚的，但就其 发展过程来说，又必然存在着不同的发展阶段。 即早期发展阶段、爆破理论的确立阶段、爆破 理论的最新发展阶段。
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
反射拉应力波破坏过程示意图
a—入射压力波波前；b—反射拉应力波波前
反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落
霍普金森效应的破碎机理
（a）应力波合成的过程；（b）岩石表面片落过程
反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 从自由面反射回岩体 中的拉伸波，即使它的强 度不足以产生“片落”， 但是反射拉伸波同径向裂 隙梢处的应力场互相叠加， 可使径向裂隙大大地向前 延伸。
1 1 2
E G 2 2 C s =[ ] =[ ] 2ρ(1 + ν ) ρ
1
式中
E——介质的弹性模量，kPa； ν——介质的泊松比； G——介质的剪切模量，kPa。
2.3.3 应力波的反射 当波遇到界面时，一部分波改变方向，但 不透过界面，仍在入射介质中传播的现象称为 反射。当波从一个介质穿过界面进入另一介质， 入射线由于波速的改变，而改变传播方向的现 象称为透射。
4.1 炸药在岩石中爆破作用的范围
4.1.1 炸药的内部作用 假设岩石为均匀介质，当炸药置于无限均 质岩石中爆炸时，在岩石中将形成以炸药为中 心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎 区、裂隙区及弹性震动区。
5 岩石爆破作用理论
岩石动力学、断裂、损伤力学和计算机模拟爆破技术的发展。
爆破理论的发展仍滞后爆破技术的要求。从总体上看，理论研究和生产 实际仍有不小的差距。再加上爆破过程的瞬时性和岩石性质的模糊性、
不确定性，致使爆破理论众说纷纭，争论不止。
理论观点存在争议和分歧。在爆破理论日益发展又众说纷纭，相互矛盾 的情况下，从发展角度研究各派爆破理论的主要论点、依据，找出共
5.3.2 半无限岩石介质中的爆破作用
岩石中的装药若W<Wc，除发生内部作用外，自 由面附近岩石也将产生破碎、移动、抛掷，形成 爆破漏斗——即外部作用。 外部作用的两种形式： 霍布金生效应； 拉伸波引起径向裂隙的延伸。
1） 霍布金生效应
压应力波传播到自由面，一部分或全部反射回 来成为同传播方向，正好相反的拉应力波，这种效应叫 Hopkinson。
最小抵抗线（W）——自药包中心到自由面的最短距离。
最小抵抗线是爆破作用岩石移动的主导方向。
Wc为装药的临界抵抗线。
5.3.1 装药的内部作用（若W>Wc）
可认为药包处在无限岩石介质中，药包爆炸后，自由面上
看不到爆破的迹象，爆破作用只发生在岩石内部，未能达
到自由面——即内部作用。 将在装药爆炸作用处形成（空腔、压碎区、破裂区、震动 区）如图5.3 所示。 ①压碎区——岩石被各向压碎；
用岩石应力-应变关系曲线解释，图5.1。
图5.1
图5.2
上述四种情况是由低应力到高应力对应不同的应力波，药包在炮孔中 爆炸首先形成的是冲击波随后衰减为非稳态冲击波、弹塑性波、弹性应力
波和地震波，其解释类似，图5.2。
5.2.2 爆炸荷载下岩石的本构关系
在爆炸荷载作用下，岩石的(p、T、 )状态之间的关系， 为岩石的本构关系。 即岩石的状态方程：p=p( ,T )。
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。
第五章 岩土中爆炸的基本理论
一、岩石的物理力学性质（续）
岩石密度与纵波波速乘积。 岩石波阻抗 ρc p ：岩石密度与纵波波速乘积。表征岩石 对纵波传播的阻尼作用， 对纵波传播的阻尼作用，它与炸药爆炸后传给岩石的总 能量及这种能量传给岩石的效率有直接关系， 能量及这种能量传给岩石的效率有直接关系，是衡量岩 石可爆性的一个重要指标。 石可爆性的一个重要指标。通常认为炸药的波阻抗与岩 石的波阻抗相匹配（相等或相近） 石的波阻抗相匹配（相等或相近）时，爆破传递给岩石 的爆炸能量最多。 的爆炸能量最多。 岩石的碎胀性： 岩石的碎胀性：岩石破碎后因碎块间孔隙增多而使总体 积增大，这一性质即为岩石的碎胀性。 积增大，这一性质即为岩石的碎胀性。其值为碎胀后的 体积V 与岩石原体积V之比 之比， 体积 1与岩石原体积 之比，即：
二、爆炸荷载下岩石的强度特性（续） 爆炸荷载下岩石的强度特性（
★动载下岩石强度（岩石动态强度）： 动载下岩石强度（岩石动态强度）： 提高加载速度，就提高了岩石的应变率， 提高加载速度，就提高了岩石的应变率，岩石由弹塑 塑性向脆性转化，弹性模量增大，强度也随之提高。 性、塑性向脆性转化，弹性模量增大，强度也随之提高。 岩石的动态强度和加载速率有关，速率越高， 岩石的动态强度和加载速率有关，速率越高，强度提 高越大。影响程度抗压强度高于抗拉强度。 高越大。影炸药在岩石中的爆炸时， 炸药在岩石中的爆炸时，最初施加在岩石上的是冲击荷 在极短的时间内上升到峰值压力，而后又迅速下降， 载，在极短的时间内上升到峰值压力，而后又迅速下降， 爆炸载荷的整个作用过程很短。在此冲击荷载作用下， 爆炸载荷的整个作用过程很短。在此冲击荷载作用下， 岩石内激起爆炸应力波。冲击压缩岩石，造成岩石破坏。 岩石内激起爆炸应力波。冲击压缩岩石，造成岩石破坏 爆炸应力波在距爆源不同距离的区段内可表现为： 爆炸应力波在距爆源不同距离的区段内可表现为：爆炸 冲击波、爆炸应力波和爆炸地震波。 冲击波、爆炸应力波和爆炸地震波。在爆源近区是冲击 具有陡峭的波阵面并以超声速传播， 波，具有陡峭的波阵面并以超声速传播，波阵面前后的 岩石状态参数（压力、密度、温度、岩石质点移动速度） 岩石状态参数（压力、密度、温度、岩石质点移动速度） 都发生突跃变化。冲击波在传播过程中能量消耗大、 都发生突跃变化。冲击波在传播过程中能量消耗大、衰 减快。随着距离增大，冲击波衰变为压缩应力波， 减快。随着距离增大，冲击波衰变为压缩应力波，波头 变缓，以声速传播，能量衰减较慢。随传播距离增大， 变缓，以声速传播，能量衰减较慢。随传播距离增大， 应力波又衰变为周期性振动的地震波。 应力波又衰变为周期性振动的地震波。
岩石爆破原理与方法
岩石爆破原理与方法嘿，咱今儿就来讲讲这岩石爆破！你说这岩石啊，那可真是顽固得很呢，就像那怎么都赶不走的倔驴！那咱要怎么对付它呢？这就得靠爆破啦！想象一下，岩石就像是一个坚固的堡垒，而爆破就是我们攻打这个堡垒的秘密武器。
爆破的原理呢，其实就是利用炸药爆炸时产生的巨大能量，让岩石瞬间破碎。
这就好比是给岩石来了一记猛拳，一下子就把它给打散了。
那这炸药是怎么发挥作用的呢？当炸药爆炸的时候，会产生极高的温度和压力，就像一个小太阳在岩石内部爆发一样。
这股强大的力量会迅速向四周扩散，把岩石从内部往外撑开，最后“嘭”的一声，岩石就被炸得七零八落啦！说到爆破的方法，那也是有讲究的。
就像做菜一样，不同的菜有不同的做法，这爆破也得根据岩石的具体情况来选择合适的方法。
有一种叫浅孔爆破的，就像是用小针轻轻地扎一下。
它适合那些不太厚的岩石，在岩石上打几个小孔，把炸药放进去，就能把岩石炸碎啦。
这种方法比较精细，就像绣花一样，一点点地把岩石瓦解。
还有深孔爆破呢，这可就像是用大锤子狠狠地砸下去。
它是在岩石上打很深的孔，放很多炸药进去，然后来个大规模的爆破。
这种方法适合对付那些大块头的岩石，一下子就能把它们炸得稀巴烂。
另外啊，还有预裂爆破，这就像是给岩石划一道口子，让它顺着这条口子裂开。
这样可以减少对周围岩石的破坏，让爆破更加精准。
不过啊，爆破可不是随便就能玩的，这可是个技术活，也是个危险活。
要是不小心弄错了，那可不得了，说不定会引起大灾难呢！就像放鞭炮一样，你要是不小心把鞭炮扔到了不该扔的地方，那后果可不堪设想啊！所以啊，进行岩石爆破的时候，一定要找专业的人来干，他们有经验，知道怎么安全地把岩石给炸了。
而且，爆破前的准备工作也很重要呢！得先好好勘察一下地形，看看周围有没有什么建筑物啊、人啊之类的，可不能伤到他们。
还要计算好炸药的用量，用多了浪费，用少了又炸不碎岩石，这可得好好掂量掂量。
总之啊，岩石爆破这事儿，既有趣又危险。
我们要好好利用它的原理和方法，把那些顽固的岩石给征服了，同时也要注意安全，可别让它反过来伤到我们自己哟！你说是不是这个理儿？。
5.岩石爆破破碎机理
11/18/2019
26
（3）爆破能量的计算
1）临界深度W c 当岩石条件、炸药条件一定时，炸药埋置深度 达到一定深度后，炸药的爆破作用只限于岩体 内部作用，此时炸药埋深的上限。
1
Wc EbQc3
（5-20）
2）最佳深度 W 0
当岩石条件、炸药条件一定时，炸药埋置深度 逐渐减小，爆破漏斗体积达到最大时，炸药的 埋置深度。
11/18/2019
9
②环状裂隙的形成
当爆炸压应力波通过破裂区时，由于岩石受到 强烈的压缩而储蓄了一部分弹性变形能。当压 应力波通过后，这部分能量就会释放出来，从 而引起岩石质点的向心运动而产生径向拉伸应 力。如果这个拉伸应力值高于岩石动抗拉强度， 就会在岩石中产生环状裂隙（即岩石出现卸载 拉伸断裂）。
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2.爆破漏斗特性
根据利文斯顿爆破漏斗理论，对爆破漏斗进行 研究，得到如下结论
图5-11花岗岩爆破漏斗特性曲线
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图5-12铁燧石爆破漏斗特性曲线
28
图5-13 不同岩石的爆破漏斗特性曲线 图5-14不同炸药的花岗岩爆破漏斗特性曲线
1-花岗岩；2-砂岩；3-泥土岩
此时的最小抵抗线 计算方法应按下式 计算
W
l2
1 2 l1
（5-34）
图5-15 柱状装药垂直于自由面
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34
（2）柱状药包平行于自由面 1）标准抛掷沟槽爆破
Q qbW 2l
（5-35）
2）非标准抛掷沟槽爆破
Qf nqbW2l（5-36）
图5-16 柱状装药平行于自由面
1-铵油炸药；2-浆状炸药；3-含铝浆状炸药
第5章 爆破工程岩石爆破基本原理
• 也就是药包在自由面附近爆炸时，岩石是怎样破坏的。 又称自由面的破坏作用。
§5
岩石爆破基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
• (1)反射拉应力波引起自由面岩石破坏(片落)
• 即由霍布金森效应引起的破坏。
• ①当入射压应力波传播到自由面时，一部分或全部反 射回来成为同传播方向正好相反的拉应力波，拉应力 超过岩石的抗拉强度时，发生片落现象。这种效应叫 做霍布金森(Hopkinson)效应。
下
§5
岩石爆破基本原理
σr σr
径向拉应力 岩石开裂 环向裂隙 返回
`
`
§5
岩石爆破基本原理
• ④产生剪切裂隙的原因
• 在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还受到径向 应应力和切向应力的的共同作用,进而产生剪切裂隙。 如下图所示。
• 4. 岩石的分区 • 根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为 三个区： • ① 压缩（粉碎）区（近区） • 形成的空腔称为压缩区。
§5
岩石爆破基本原理
• ②(8～150)r：应力波作用区;
• 特点：冲击波压应力波，波阵面上的状态参数变化 比较平缓；波速等于岩石中的声速。
• 由于压应力波的作用，岩石处于非弹性状态，可导致 岩石的破坏或残余变形。 • 应力衰减与距离二次方成正比。
爆炸应力波及其作用范围 r—药包半径 tH—介质状态变化的时间 ts—介质状态恢复到静止状态的时间
§5
岩石爆破基本原理
• 3.爆破漏斗的几何参数
θ
r
H h W
• (1)最小抵抗线W • (3)爆破作用半径R
•(4)爆破漏斗深度H •(6)爆破漏斗张开角θ
• (2)爆破漏斗底圆半径r •(5)爆破漏斗可见深度h •说明：(1)、(2)、(3)称为爆破漏斗三要素。
岩石爆破理论
炸药性能——炸药密度、爆热和爆速
爆轰压力、爆炸压力、爆炸作用时间、能量利用率
炸药爆热、爆温、 爆轰气体体积
7.7.2 岩石特性对爆破作用的影响
• 岩石特性——物理力学性质、动载特性和地 质条件。实际是岩石对应力波传播的影响
• 结构面对应力波传播的影响：加剧了应力波 能量的吸收；改变了应力波的传播方向（反 射、透射）。决定了爆破裂隙的扩展程度。
为了获得较好的爆破效果，应使炸药的波阻抗尽量 接近岩石的波阻抗。
• 岩石中的动应力场
爆炸荷载为动荷载，在爆炸荷载作用下，岩石中引 起的应力 状态表现为动的应力状态。它不仅随时 间变化，而且随距离远近而变化。
最大主应力、最小主应力、剪应力
7.3岩石中的爆炸气体
• 冲击波在前，爆炸气体在后 • 冲击波时间短，爆炸气体作用时间长 • 爆炸气体能量大 • 按准静态分析
爆破理论确立阶段 ：冲击波拉伸破坏理论；爆炸气体膨胀压破坏理论； 冲击波和爆炸气体综合作用理论，爆破过程3阶段论。
爆破理论最新发展阶段 ：裂隙岩体爆破理论；断裂力学和损伤力学引入； 计算机模拟和再现，爆破块度和爆堆形态预测； 新思想和新方法进入爆破理论研究。
岩石爆破理论研究的内容：
• 爆轰波理论的研究
• 应力波分类：
应力波 （传播途径）
体积波
表面波
纵波P波
运动方向一致 压缩波
横波S波
运动方向垂直 剪切波
瑞利波R波
能量大 地震破坏
勒夫波 Q波
按波阵面形状分类：球面波、柱面波、平面波 按介质变形性质分类：弹性波、粘弹性波、塑性波、冲击波
冲击荷载的特征： 承受载荷作用的物体自重非常重要； 在承载体中诱发出的应力是局部性的； 承载体的反应是动态的
爆轰压力、爆炸压力、爆炸作用时间、能量利用率
炸药爆热、爆温、 爆轰气体体积
7.7.2 岩石特性对爆破作用的影响
• 岩石特性——物理力学性质、动载特性和地 质条件。实际是岩石对应力波传播的影响
• 结构面对应力波传播的影响：加剧了应力波 能量的吸收；改变了应力波的传播方向（反 射、透射）。决定了爆破裂隙的扩展程度。
为了获得较好的爆破效果，应使炸药的波阻抗尽量 接近岩石的波阻抗。
• 岩石中的动应力场
爆炸荷载为动荷载，在爆炸荷载作用下，岩石中引 起的应力 状态表现为动的应力状态。它不仅随时 间变化，而且随距离远近而变化。
最大主应力、最小主应力、剪应力
7.3岩石中的爆炸气体
• 冲击波在前，爆炸气体在后 • 冲击波时间短，爆炸气体作用时间长 • 爆炸气体能量大 • 按准静态分析
爆破理论确立阶段 ：冲击波拉伸破坏理论；爆炸气体膨胀压破坏理论； 冲击波和爆炸气体综合作用理论，爆破过程3阶段论。
爆破理论最新发展阶段 ：裂隙岩体爆破理论；断裂力学和损伤力学引入； 计算机模拟和再现，爆破块度和爆堆形态预测； 新思想和新方法进入爆破理论研究。
岩石爆破理论研究的内容：
• 爆轰波理论的研究
• 应力波分类：
应力波 （传播途径）
体积波
表面波
纵波P波
运动方向一致 压缩波
横波S波
运动方向垂直 剪切波
瑞利波R波
能量大 地震破坏
勒夫波 Q波
按波阵面形状分类：球面波、柱面波、平面波 按介质变形性质分类：弹性波、粘弹性波、塑性波、冲击波
冲击荷载的特征： 承受载荷作用的物体自重非常重要； 在承载体中诱发出的应力是局部性的； 承载体的反应是动态的
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2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
9
（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 外 部 作 用
反射拉伸波对径向裂隙的影响
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
10
炸药在岩石中爆破的破坏过程
A
第一阶段
炸药爆炸 后冲击波径 向压缩阶段 .
2020/7/10
B
第二阶段
对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。
第五章 岩石爆破理论
主要内容 5.1 岩石爆破破坏基本理论
5.2 单个药包爆破作用
5.3 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.4 装药量计算
5.5 利文斯顿爆破漏斗理论
5.6 影响爆破作用的主要因素
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
1
第一节 岩石爆破破坏基本理论
爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
应力波作用学说只考虑了拉应力波在自由面的反射 作用，不仅忽视了爆轰气体的作用，而且也忽视了压应 力的作用，对拉应力和压应力的环向作用也未予考虑。 实际上爆破漏斗主要以由里向外的爆破作用为主。
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
3
爆炸应力波反射拉抻作用理论 (爆破的外部作用-----霍金逊效应)
岩石杆件的爆破
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
16
a n = 1.0
标准抛掷爆破漏斗
b n > 1.0
加强抛掷爆破漏斗
0.75 < n < 1.0
c 减弱抛掷爆破漏斗 （也称加强松动爆破漏斗）
d n < 0.75
松动爆破漏斗
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
17
第三节 成组药包爆破时岩石破坏特征
当相邻两药包齐发爆破时，在沿炮孔连心线上的应力得到 加强，而在炮孔连心线中段两侧附近则出现应力降低区。
爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（ θ）
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
14
最小抵抗线方向 ——破碎和抛掷、堆积的主导方向。
各种爆破方法的最小抵抗线
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
15
爆破漏斗的基本形式
爆破作用 指数
爆破作用指数n ：它是爆破漏斗半径r和最小抵抗线W的比值，即：
n r W
2020/7/10
相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
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 的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。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。
2020/7/10
第五章 岩石爆破理论
5
第二节 单个药包爆破作用
当药包在岩体中的埋置深度很大，
内
其爆破作用达不到自由面时，这种
C
第三阶段
爆炸气体膨胀， 岩石受爆炸气体超 压力的影响，在拉 伸应力和气楔的双 重作用下，径向初 始裂隙迅速扩大。
第五章 岩石爆破理论
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炸药在岩石中爆破的破坏模式
1 炮孔周围岩石的压碎作用；
主要的 五种破 坏模式
2 径向裂隙作用 ； 3 卸载引起的岩石内部环状裂隙作用； 4 反射拉伸引起的“片落”和引起径向裂隙的延伸；
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第五章 岩石爆破理论
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当单个药包在岩体中的埋置外部ຫໍສະໝຸດ 深度不大时，可以观察到自由面
作
上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷
用
现象。这种情况下的爆破作用叫
爆破的外部作用。
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第五章 岩石爆破理论
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（1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 外 部 作 用
霍普金森效应的破碎机理
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
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第五章 岩石爆破理论
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爆破的外部作用，其特点是在自由面上形成了一个倒圆锥形爆 坑，称为爆破漏斗。
爆 破 漏 斗
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第五章 岩石爆破理论
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爆破漏斗的几何要素 自由面：被爆破的介质与空气接触的面，又叫临空面。 最小抵抗线：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
药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆 炸气体产物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围 的岩壁上，形成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压 应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向裂隙。
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。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。
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板件爆破试验
1—装药孔 2—破碎区 3—拉裂区 4—震动区
水泥板的爆轰破坏
1—空气冲击波波阵面； 2—水泥板中冲击波波阵面； 3—水泥板
第五章 岩石爆破理论
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爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
爆生气体和应力波综合 作用理论
爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆 轰气体产物的压力和传播速度。 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。冲击波在药包附近的岩石 中产生“压碎”现象，应力波在压碎区域之外产 生径向裂隙。
部
情况下的爆破作用叫作爆破的内部
作
用
作用，相当于单个药包在无限介质
中的爆破作用。
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第五章 岩石爆破理论
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（1）粉碎区（压缩区）
内
（2）裂隙区（破裂区） （3）震动区
部
作
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；Rp－粉碎区半径；Rc－破裂区半径 径向裂隙和环向裂隙的形成原理
爆生气体和应力波综合 作用理论
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第五章 岩石爆破理论
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爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
爆生气体和应力波综合 作用理论
爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中激 发形成冲击波并很快衰减为应力波。 此应力波在周围 岩体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自由面 时，产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过自由面 处岩石的动态抗拉强度时，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 拉强度处时停止。
破坏，它是爆破作用和岩石抛掷的主导方向。 （W） 爆破漏斗半径：形成倒锥形爆破漏斗的底圆半径。（r ） 爆破漏斗破裂半径：从药包中心到爆破漏斗底圆圆周上任一点的距离。 （R） 爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面的最短距离。 （H） 爆破漏斗可见深度：爆破漏斗中碴堆表面最低点到自由面的最短距离。 （h ）