爆破机理笔记

岩石爆破中冲击波参数计算

概论

雷管或其它强烈的激发源在连续性介质中，如在空气、水、炸药或岩石中爆炸时，由于外部冲击载荷作，使介质某一局部状态，如压力、密度、速度等发生往复变化(或叫做扰动)，这种变化(扰动)在介质小的传播形成波，这种波称为机械波，它不同于电磁波。

冲击波：当激发源的威力很大，促使介质的压力、密度、速度等参数的变化急剧，产生陡立的波阵面，形成非周期性的脉冲，并以超声速传播时，这种波称之为冲击波。

冲击波在空气中或在水中传播形成空气冲击波或水中冲击波，如裸露药包爆破成药室大爆破易产生空气冲击披，水下药包爆破则产生水中冲击波。

冲击波在炸药中的传播形成爆轰波，它是一种特殊形式的冲击波。它与一般冲击波的根本区别在丁爆轰波阵而之后附有化学反应区，释出能量足以维持爆轰波沿未反应的炸药稳定传播，从而构成炸药的稳定爆轰。

弹性波

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当某处物质粒子离开平衡位置，即发生应变时，该粒子在弹性力的作用下发生振动，同时又引起周围粒子的应变和振动，这样形成的振动在弹性介质中的传播过程称为“弹性波”。

目录

编辑本段

横波的特点

质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。电磁波、光波就是横波。

波长的定义

沿着波的传播方向，在波的图形中相对平衡位置的位移时刻相同的两个质点之间的距砻。横波与纵波的波长---- 在横波中波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。在纵波中波长是指相邻两个密部或疏部之间的距离。

编辑本段应力波的一种

扰动或外力作用引起的应力和应变在弹性介质中传递的形式。弹性介质中质点间存在着相互作用的弹性力。某一质点因受到扰动或外力的作用而离开平衡位置后，弹性恢复力使该质点发生振动，从而引起周围质点的位移和振动，于是振动就在弹性介质中传播，并伴随有能量的传递。在振动所到之处应力和应变就会发生变化。弹性波理论已经比较成熟，广泛应用于地震、地质勘探、采矿、材料的无损探伤、工程结构的抗震抗爆、岩土动力学等方面。

某一弹性介质内的弹性波在传播到介质边界以前，边界的存在对弹性波的传播没有影响，如同在无限介质中传播一样，这类弹性波称为体波。体波传播到两个弹性介质的界面上，即发生向相邻弹性介质深部的折射和向原弹性介质深部的反射。此外，还有一类沿着一个弹性介质表面或两个不同弹性介质的界面上传播的波，称为界面波。如果和弹性介质相邻的是真空或空气，则界面波称为表面波。弹性波绕经障碍物或孔洞时还会发生复杂的绕射现象。

编辑本段体波

按传播方向和质点振动方向之间的关系，体波可分为：①纵波，又称为胀缩波，在地震学中也称为初波或P波。它的传播方向同质点振动方向一致,波速为式中ρ为弹性介质密度;λ和G为弹性介质的拉梅常数。②横波，又称畸变波或剪切波，在地震学中也称为次波或S波。它的传播方向同质点振动方向相垂直，波速为，小于纵波波速。波传播中所有质点均作水平振动的横波称为SH波；所有质点均作竖直振动的横波称为SV波。横波是偏振波，所谓偏振是指横波的振动矢量垂直于波传播方向但偏于某些方向的现象。纵波只沿波的传播方向振动，故没有偏振。

在弹性介质内,从波源发出的扰动,向四方传播，在某一瞬间，已被扰动部分和未被扰动部分之间的界面称为波面或波阵面。波面呈封闭的曲面。波面为球面的波称为球面波，波面为柱面的波称为柱面波。波面曲率很小的波可近似地看作平面波。

编辑本段界面波

界面波的一个特征是，质点扰动振幅随着质点离界面距离的增大而迅速衰减，所以界面波实际上只存在于表面或界面附近。常见的界面波有瑞利波、乐甫波和斯通利

波三种：

编辑本段瑞利波

沿着半无限弹性介质自由表面传播的波，因瑞利于1887年首先指出这种波的存在而得名。瑞利波是偏振波，质点在垂直于传播方向的平面内运动。在表层附近,质点的运动轨迹为一个椭圆。在离表面为0.2个波长的深度以下，质点的运动轨迹仍为椭圆，但质点沿椭圆的运动方向与表层相反。在自由表面上，质点沿表面法向的位移大约为切向位移的一倍半。瑞利波的波速与频率无关，只与介质的弹性常数有关，为同介质中横波波速的0.862～0.955倍。但如果在弹性介质表面上面有一层疏松覆盖层，瑞利波便有频散现象，即波速随频率而改变的现象。在地震学中，瑞利波记作R波或LR波。瑞利波的发现，对地震科学的发展起了推动作用。在地震过程中,瑞利波按R1/2而衰减,R 为波传播的距离。瑞利波在震中附近不出现，在离开震中一段距离后才能形成。从震源射出的纵波形成瑞利波的距离为：

从震源射出的横波形成瑞利波的距离为：

式中cR为瑞利波波速；h为震源深度;α和β分别为纵波和横波的波速。

编辑本段乐甫波

如果弹性介质界面上存在一层等厚度的低波速的弹性覆盖层，则在低波速覆盖层内部和分界面上就会产生SH波，称为乐甫波，因A.E.H.乐甫建立了这种波的数学模型而得名。乐甫波是有频散的波。波长很长的乐甫波的波速与下层弹性介质中的横波波速接近，波长很短的乐甫波的波速与上面低波速覆盖层中的横波波速接近。在有频散时，扰动不是以相速度传播，而是以群速度传播。相速度是指单色波中对应任一振动相位的状态（如波峰）向前传播的速度，而群速度是指各单色波叠加后的调制振幅的传播速度，它也是合成波传播能量的速度。

编辑本段斯通利波

在两种不同介质的半空间体的交界面上传播的波称为斯通利波，因斯通利首先发现并研究这种波而得名。它是一种波速与两个介质的性质有关的变态瑞利波。斯通利波的存在与介质的弹性拉梅常数和介质密度有关。在两个介质的拉梅常数λ1、G1和λ2、G2满足λ1/G1=λ2/G2=1的情况下，存在条件如图所示，如果两个介质的密度ρ1和ρ2之比ρ1/ρ2和G1/G2在图示坐标系中对应的点落在曲线A和曲线B之间，斯通利波就存在。在地震学中，理论上已证明斯通利波是存在的，但尚未观测到。

编辑本段弹性波的反射和折射

弹性波到达界面后，一部分返回到原来的弹性介质内，即发生反射现象；另一部分穿过界面进入相邻的另一弹性介质内，即发生折射现象。在同一弹性介质中，介质本身不均匀引起的弹性波传播方向改变也称为弹性波的折射（若传播方向改变后与原来的传播方向相反则为反射）。纵波入射到平面交界面上会产生一个反射纵波和一个反射