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
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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。
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。
《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
爆破工程复习大纲
爆破⼯程复习⼤纲爆破⼯程复习⼤纲第⼀章炸药爆炸基本理论1.何谓爆炸现象？有何特点？⼀般地说，压⼒急剧释放的现象都可称为爆炸。
⽕药的快速燃烧、炸药爆轰都是爆炸、从核爆到锅炉、煤⽓罐爆裂，岩爆也都是爆炸。
爆炸现象的主要特点有（1）在极短时间内产⽣⾼温、⾼压⽓体的骤然膨胀；（2）在爆炸点周围介质中发⽣急剧的压⼒突跃；（3）伴有声、光现象。
2.爆炸现象哪⼏类？根据其本质的不同可分为三类（1）物理爆炸；（2）化学爆炸；（3）核爆炸。
3.形成化学爆炸的必要条件是什么？化学爆炸的必要条件是（1）爆炸过程必须放出⼤量的热量；（2）化学反应过程必须是⾼速的；（3）化学反应过程应能⽣成⼤量的⽓体产物。
4.什么是炸药？炸药的主要成分是什么，各起何作⽤？炸药是在⼀定条件下，能够发⽣快速化学反应，放出能量，⽣成⽓体产物，显⽰爆炸效应的化合物或混合物，主要由碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N）四种元素组成，其中O 为氧化剂，C、H为还原剂，N为载氧体。
5.起爆药和猛炸药各有何特点？起爆药主要有雷汞、氮化铅、⼆硝基重氮酚等，其主要特点是感度⾼，威⼒不⼤，仅做起爆⽤。
猛炸药分单质猛炸药和混合猛炸药。
单质猛炸药主要有梯恩梯、⿊索⾦、特屈⼉、太安、硝化⽢油等。
主要的混合猛炸药有铵梯类炸药、铵油类炸药、铵松蜡炸药、浆状炸药、⽔胶炸药、乳化炸药等⼯业炸药。
猛炸药的主要特点是感度⼩、威⼒⼤，作为炮孔、弹体主装药，被起爆后对介质做功，威⼒⼤。
6.什么是炸药的起爆？起爆能的形式主要有哪⼏种？起爆是指在外部起爆能作⽤下，炸药从不稳定状态到稳定状态的化学体系变化过程。
起爆能的形式主要有：热能、机械能和爆炸冲能。
7.什么是炸药的感度？研究炸药感度有何意义？炸药感度是指炸药在外能作⽤下发⽣爆炸反应的难易程度。
感度⾼的，所需起爆能⼩。
研究炸药感度的意义是（1）关系到炸药在制造、运输、搬运、储存、使⽤过程中的安全。
（2）关系到装药能否安全起爆，对爆破效果有重要作⽤。
岩石爆破理论
2.爆炸 爆炸是某一种物质系统在有限空间和极短 时间内,大量能量迅速释放或急聚转化的物理、化学 过程。在这种变化过程中通常伴随有强烈放热、发 光和声响等效应。通常可以将爆炸归纳为三大类， 即：物理爆炸、核爆炸和化学爆炸。
3.爆轰 炸药以最大而稳定的爆速进行传播的过程 叫做爆轰。它是炸药所特有的一种化学变化形式， 并且与外界的压力、温度等条件无关。各种不同炸 药爆轰的传播速度一般为每秒数千米乃至万米。比 如，梯恩梯的爆速为6800m/s，对于任何一种炸药 来说，在给定的条件下，爆轰速度均为常数。在爆 轰条件下，爆炸具有最大的破坏作用。
▪ ①裂隙岩体爆破理论的深入研究和岩体结构面对岩 石爆破的影响和控制。
▪ ②断裂力学和损伤力学的引入。
▪ ③计算机模拟和再现爆破过程，用以研究裂纹的产 生、扩展；预测爆破块度的组成和爆堆形态；供计
▪ 算机模拟用的爆破模型不断涌现。
▪ ④一些新的思想，新的研究方法开始进入爆破理论 的研究。
▪ 4.岩石爆破理论研究的内容 ▪ 岩石爆破理论研究的内容包括以下几方面： ▪ ⑴爆轰波理论的研究；
▪ 十一、临界埋深和最佳埋深
▪ 药包大小一定，在一定的埋深范围内，随着埋置深度的 增加，爆破漏斗的体积也有所增加，当深度达到一定值时， 再增加埋置深度，漏斗体积反而减小，到达某一个深度时， 不再出现爆破漏斗。把爆破漏斗体积最大的埋深成为最佳埋 深，把不再出现爆破漏斗的最小埋深称为临界埋深。美国科 罗拉多矿业学院的利文斯顿经长期研究，发现临界埋深和最 佳埋深均与炸药量的三分之一次方成正比。
爆炸和爆轰并无本质上的区别，只不过传播速 度不同而已。爆轰的传播速度是恒定的，爆炸的传 播速度是可变的。从这个意义上来讲，也可认为爆 炸就是爆轰的一种形式，即不稳定的爆轰。
第五章岩石爆破理论讲解
（2）反射拉伸波引起径向裂隙的延伸
爆破工程
从自由面反射回岩体中的拉伸波，既使它的强度不足 以产生“片落”，但是反射拉伸波同径向裂隙梢处的应力 场相互叠加，可使径向裂隙大大地向前延伸。裂隙延伸的 情况与反射应力波传播的方向和裂隙方向的交角θ有关。
爆破工程
(3)自由面影响下的应力场分析
应力波在传播过程中遇到自由面反射而成拉伸波，反 射波与入射波的叠加在岩体中形成复杂应力状态，所以岩 石破碎机理比较复杂，为了说明岩石中应力状态，下面做 一些定性分析： 1）：应力波在岩体中引起的应力状态
③计算机模拟和再现爆破过程，用以研究裂纹的产生、扩展；预测爆破块 度的组成和爆堆形态；供计算机模拟用的爆破模型不断涌现。
④一些新的思想，新的研究方法开始进入爆破理论的研究。60年代出现的 信息论、控制论；70年代发展起来的突变论、协同学理论，耗散结构论， 分形理论和非线性理论；80年代以后发展起来的混沌学和分叉理论，使爆 破理论的研究出现了一个崭新的局面。
②在爆炸破坏主因是冲击波压力还是爆炸气体膨胀压方面 展开激烈的争论，在争论中各派都在不断完善和发展自己的观 点。 ③争论的结果，冲击波和爆炸气体综合作用理论，爆破过 程的三个阶段论逐步得到多数人的承认。
④利用现代测量仪器，例如高速摄影机进行的观测，大大 丰富和完善了爆破理论的内容，初步揭示了破坏的本质现象。
爆破工程
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
5.3 延长装药爆破作用
5.5 炸药起爆能量平衡原理与装药量计算
5.6 影响爆破作用的主要因素
爆破工程
随着爆破技术和相邻学科的发展，爆破理论的研究 也有了长足的进步。特别是岩体结构力学、岩石动力学 、断裂、损伤力学和计算机模拟爆破技术的发展，使爆 破理论的研究更实用化，更系统化了。但是，从总体上 看，爆破理论的发展仍然滞后爆破技术的要求，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。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，找出共识，无论是对爆破理论的研究还是 指导工程实践都有着重要意义。
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2020/6/3
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
4
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。
爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（ θ）
2020/6/3
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
2020/6/3
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
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
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。
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
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 载卸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；
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。
2020/6/3
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
2020/6/3
相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
（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第加五章
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 ）
2020/6/3
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
2020/6/3
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 .
2020/6/3
B
第二阶段
对应力波 反射引起自 由面处的岩 石片落。
C
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 影响爆破作用的主要因素
2020/6/3
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
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。
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
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
6
（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
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。
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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
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第五章 岩石爆破理论
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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
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第五章 岩石爆破理论
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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。
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
12
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
13
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
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第五章 岩石爆破理论
7
当单个药包在岩体中的埋置
外
部
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
（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
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
4
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。
爆破漏斗张开角：爆破漏斗的顶角。（ θ）
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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
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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
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
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。
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。
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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 载卸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；
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。
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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
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相邻炮孔中心连线上准静态拉应力分析
（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第加五章
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 ）
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（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
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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
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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 影响爆破作用的主要因素
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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
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。
爆生气体和应力波综合 作用理论
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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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6
（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
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。
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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
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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
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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。
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
12
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
13
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
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第五章 岩石爆破理论
7
当单个药包在岩体中的埋置
外
部
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
（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