5第五章 岩石讲义爆破理论
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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
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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。
工程爆破技术讲义大全
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资料目录
第一章绪论
∙第九章硐室爆破法和裸露药包爆破法
∙第十章爆破安全技术
内容简介
本文介绍工程爆破技术，内容包括（炸药和爆炸的基本理论；起爆方法与技术；岩石中的爆破作用原理；爆破工程地质；炮眼爆破法；露天深孔爆破法；硐室爆破法和裸露药包爆破法；爆破安全技术。
内容全面，图文并茂。
火雷管起爆法-倒出管内异物
火雷管起爆法-切导火索
火雷管起爆法-装配起爆雷管
装配好的起爆管
电引火元件结构示意图
几种常用的起爆方案。
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。
岩土中爆炸的基本理论
在冲击波作用区之外，传播的是应力波，应力波的衰 减规律与冲击波相同，但衰减指数较小。前苏联学者 给出的应力波的衰减指数为
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
第三节 岩石爆破破碎机理
★ 岩石爆破破坏机理的三种假说: 1）爆生气体膨胀推力作用假说； 2）爆炸应力波反射拉伸作用假说； 3）爆生气体和爆炸应力波综合作用假说。 ★ 装药爆破作用： ＊内部作用：岩石在炸药作用下发生破坏的物理过程 ＊外部作用：爆破漏斗
应变率/s－1 荷载状态 加载方式 <10－6 流变 稳定加载 10－6 ~10－4 静态 液压机加载 10－6 ~10 准静态 10~103 准静态 > 104 动态 爆炸加载
压气机加载 冲击杆加载
一、岩石的物理力学性质（续）
爆炸荷载下岩石的力学反应： 1）炸药爆炸首先在岩石中产生冲击波，峰值压力高， 作用时间短，由于能量的大量消耗，衰减很快，衰变成应 力波。 2）岩石中某局部被激发的应力脉冲（冲击波或应力 波）是时间和距离的函数，岩石中产生明显的应力不均现 象。近处应力值高，而远处应力值低。 3）岩石中各点的应力呈动态，即岩石的变形、位移均 与时间有关，岩石中的应力场随时间变化。 4）岩石与炸药间的匹配关系影响爆源周围的动态应力 场。（两者的阻抗匹配）。
二、爆炸荷载下岩石的强度特性（续）
★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，岩石由弹塑 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，强度提 高越大。影响程度抗压强度高于抗拉强度。
d K lg j
通常认为：岩石动态强度比静态强度约提高10~15倍。 教材表5－2列出了几种岩石的动态强度。
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
第三节 岩石爆破破碎机理
★ 岩石爆破破坏机理的三种假说: 1）爆生气体膨胀推力作用假说； 2）爆炸应力波反射拉伸作用假说； 3）爆生气体和爆炸应力波综合作用假说。 ★ 装药爆破作用： ＊内部作用：岩石在炸药作用下发生破坏的物理过程 ＊外部作用：爆破漏斗
应变率/s－1 荷载状态 加载方式 <10－6 流变 稳定加载 10－6 ~10－4 静态 液压机加载 10－6 ~10 准静态 10~103 准静态 > 104 动态 爆炸加载
压气机加载 冲击杆加载
一、岩石的物理力学性质（续）
爆炸荷载下岩石的力学反应： 1）炸药爆炸首先在岩石中产生冲击波，峰值压力高， 作用时间短，由于能量的大量消耗，衰减很快，衰变成应 力波。 2）岩石中某局部被激发的应力脉冲（冲击波或应力 波）是时间和距离的函数，岩石中产生明显的应力不均现 象。近处应力值高，而远处应力值低。 3）岩石中各点的应力呈动态，即岩石的变形、位移均 与时间有关，岩石中的应力场随时间变化。 4）岩石与炸药间的匹配关系影响爆源周围的动态应力 场。（两者的阻抗匹配）。
二、爆炸荷载下岩石的强度特性（续）
★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，岩石由弹塑 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，强度提 高越大。影响程度抗压强度高于抗拉强度。
d K lg j
通常认为：岩石动态强度比静态强度约提高10~15倍。 教材表5－2列出了几种岩石的动态强度。
《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
1 2 3
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。
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
第五章 岩石中的爆破作用原理
二、爆轰气体压力作用下岩体中的应 力状态
药包爆破时，在药室容积没有发生变化以前，爆轰
气体压力可以视为是恒定的。由它引起的应力状态 是均匀的，它与时间无关，只决定于该点的位置， 表现为静的应力状态。 当在岩体中密封的集中药包爆轰时，由于药室周壁 岩石被高压冲击波压缩和粉碎，药室容积被扩大， 被密封在此容积中的爆轰气体以准静态压力的方式 作用在岩壁上，在岩体中各点的主应力 和 的 1 2 作用方向如图 5—8所示，该应力分布状态与图5—7 中的应力分布状态极为相似。
力 ，压力以极高的速度冲击药包四周的岩石，在岩石 中激发出传播速度比声速还大的冲击波（或叫爆炸应力 波）。在离药包稍远的地点，由于波的衰减，这些非弹 性过程终止，而开始出现弹性效应，衰减后的冲击波已 变成只能引起岩石质点振动而不能引起岩石破裂的弹性 扰动，这种弹性扰动以弹性应力波或地震波的形式向外 传播 应力波按其传播的途径不同可以分为两大类：一类是在 岩体内部传播的，叫做体积波；一类是沿着岩体内、外 表面传播的叫做表面波。
第四节 单个药包的爆破作用 一、单个集中药包的爆破作用 （一）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，即在无限介质中的爆 破，这种情况下的爆破作用叫做爆破的内 部作用 。 这种情况如图5—9所示。按照岩石的破坏 特征，大致可将它分为三个区域。
1.压碎区(压缩区) 这个区是指直接与药包
二、应力波反射拉伸破坏论
这派观点从爆轰的动力学观点出发。认为药
包爆破时，强大的冲击波冲击和压缩周围的 岩石，在岩石中激发成强烈的压缩应力波。 当这种应力波传到自由面时，从自由面反射 而成拉伸应力波，当这种波的强度超过岩石 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。这派观点完全否 认了爆轰气体膨胀的推力作用。
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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
11
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；
做延长药包。
装药平行自由面的爆破漏斗
装药倾斜自由面的爆破漏斗
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
装药垂直自由面的爆破漏斗
15
第四节 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。
相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
部
（2）裂隙区（破裂区）
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
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
7
单个药包爆破外部作用（1）
外 （1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 部 作 用
霍普金森效应的破碎机理
第五章 岩石爆破理论
5
爆炸应力波反射拉抻作用理论 的试验基础
岩石杆件的爆破
03.03.2021
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
6
第二节 单个药包爆破作用
内
（1）粉碎区（压缩区）
拉伸应力 2达到极大值时 1和 2的方向
岩体中任一点A的应力分析
主应力 1和 2 的作用方向
03.03.2021
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.
03.03.2021
B
第二阶段
对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。
C
第三阶段
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
爆炸生成气体产物的膨胀作用
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
3
岩石爆破破坏基本理论（2）
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
03.03.2021
反射拉应力波破坏作用
(a)入射压力波波前；(b)反射拉应力波波前
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
8
单个药包爆破外部作用（2）
外 （2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 部 作 用
反射拉伸波对径向裂隙的影响
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
9
单个药包爆破外部作用（3）
外 （3）自由面影响下的应力场分析 部 作 用
第五章 岩石爆破理论
4
岩石爆破破坏基本理论（3）
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
03.03.2021
爆生气体和应力波综合作用理论的实质：
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。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主 要能源。
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
12
爆破漏斗
爆破作用 （crater index）
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
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
13
爆破漏斗的基本形式
a n = 1.0
标准抛掷爆破漏斗
相关名词解释：临界深度 ，最适宜深度 ，转折深度。
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
（1）弹性变形 （2）冲击破坏 （3）碎化破坏 （4）空气中爆炸
（a）单个A孔产生的切向伴生拉应力
相邻炮孔应力波相遇叠加
（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力 （c）两孔合成的切向伴生拉应力
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
16
应力降低的分析
应力降低的分析图
多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
17
第五节 能量平衡原理与装药量计算
精品
5第五章 岩石爆破理论
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 5.4 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.2 单个药包爆破作用
5.5 炸药起爆能量平衡原理与装药量计算
5.3 延长装药爆破作用
5.6 影响爆破作用的主要因素
03.03.2021
第五章 岩石爆破理论
2
第一节 岩石爆破破坏基本理论（1）
相 似 法
R' R
Q' Q
1/ 3
则
体
积
法
则 外部药包效应
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第五章 岩石爆破理论
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能量平衡原理与装药量计算（2）
体 积 法 则
相 似 法 则
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在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积同所用的装药量 成正比，即：
Q=KV
如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1，
即：
r=W
所以，爆破漏斗体积的大小为：
V r2 W W3
3 标准抛掷爆破的装药量可以认为是：
Q标 KW3
于是：
Q抛f(n)KW3
f(n)为爆破作用指数函数（function of crater index）
第五章 岩石爆破理论
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利文斯顿爆破漏斗理论
利文斯顿爆破漏斗示意图
利文斯顿将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型：
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
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第五章 岩石爆破理论
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第三节 延长装药爆破作用
延长药 （extended charge）
包
当药包的长度和它横载面的直径（或
最大边长）之比值 大于：
(1) 第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为15~25MPa·s/m . 这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。 (2) 第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为5~15MPa·s/m。 这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果 (3) 第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPa·s/m。 这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。
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；
做延长药包。
装药平行自由面的爆破漏斗
装药倾斜自由面的爆破漏斗
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第五章 岩石爆破理论
装药垂直自由面的爆破漏斗
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第四节 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。
相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
部
（2）裂隙区（破裂区）
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
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第五章 岩石爆破理论
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单个药包爆破外部作用（1）
外 （1）反射拉伸波引起自由面附近岩石的片落 部 作 用
霍普金森效应的破碎机理
第五章 岩石爆破理论
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爆炸应力波反射拉抻作用理论 的试验基础
岩石杆件的爆破
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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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第二节 单个药包爆破作用
内
（1）粉碎区（压缩区）
拉伸应力 2达到极大值时 1和 2的方向
岩体中任一点A的应力分析
主应力 1和 2 的作用方向
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第五章 岩石爆破理论
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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.
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B
第二阶段
对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。
C
第三阶段
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
爆炸生成气体产物的膨胀作用
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第五章 岩石爆破理论
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岩石爆破破坏基本理论（2）
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
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反射拉应力波破坏作用
(a)入射压力波波前；(b)反射拉应力波波前
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
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第五章 岩石爆破理论
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单个药包爆破外部作用（2）
外 （2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸 部 作 用
反射拉伸波对径向裂隙的影响
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第五章 岩石爆破理论
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单个药包爆破外部作用（3）
外 （3）自由面影响下的应力场分析 部 作 用
第五章 岩石爆破理论
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岩石爆破破坏基本理论（3）
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
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爆生气体和应力波综合作用理论的实质：
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。爆生气体膨胀的准静态能量，是破碎岩石的主 要能源。
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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爆破漏斗
爆破作用 （crater index）
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
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爆破漏斗的基本形式
a n = 1.0
标准抛掷爆破漏斗
相关名词解释：临界深度 ，最适宜深度 ，转折深度。
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第五章 岩石爆破理论
（1）弹性变形 （2）冲击破坏 （3）碎化破坏 （4）空气中爆炸
（a）单个A孔产生的切向伴生拉应力
相邻炮孔应力波相遇叠加
（b）单个B孔产生的切向伴生拉应力 （c）两孔合成的切向伴生拉应力
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第五章 岩石爆破理论
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应力降低的分析
应力降低的分析图
多排成组药包的齐发爆破效果不好，得不到实际使用。
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第五章 岩石爆破理论
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第五节 能量平衡原理与装药量计算
精品
5第五章 岩石爆破理论
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 5.4 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.2 单个药包爆破作用
5.5 炸药起爆能量平衡原理与装药量计算
5.3 延长装药爆破作用
5.6 影响爆破作用的主要因素
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第五章 岩石爆破理论
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第一节 岩石爆破破坏基本理论（1）
相 似 法
R' R
Q' Q
1/ 3
则
体
积
法
则 外部药包效应
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能量平衡原理与装药量计算（2）
体 积 法 则
相 似 法 则
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在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积同所用的装药量 成正比，即：
Q=KV
如果药包是集中药包,标准抛掷爆破时爆破作用指数n的值为1，
即：
r=W
所以，爆破漏斗体积的大小为：
V r2 W W3
3 标准抛掷爆破的装药量可以认为是：
Q标 KW3
于是：
Q抛f(n)KW3
f(n)为爆破作用指数函数（function of crater index）
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利文斯顿爆破漏斗理论
利文斯顿爆破漏斗示意图
利文斯顿将岩石爆破时的变形和破坏形态分为四种类型：
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
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第五章 岩石爆破理论
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第三节 延长装药爆破作用
延长药 （extended charge）
包
当药包的长度和它横载面的直径（或
最大边长）之比值 大于：
(1) 第一类岩石属于高阻抗岩石。其波阻抗为15~25MPa·s/m . 这类岩石的破坏，主要取决于应力波，包括入射波和反射波。 (2) 第二类岩石属于中阻抗岩石。其波阻抗为5~15MPa·s/m。 这类岩石的破坏,主要是入射应力波和爆生气体综合作用的结果 (3) 第三类岩石属于低阻抗岩石。其波阻抗小于5MPa·s/m。 这类岩石的破坏，以爆生气体形成的破坏为主。