切缝药包光面爆破裂纹扩展时空演化分析
切缝药包光面爆破裂纹扩展时空演化分析1
胡建华教授，邓煜林，王昌，杨春
（中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083）
中图分类号：TD235 文献标志码：A
摘要：光面爆破机理复杂，裂隙演化具有不确定性，现场试验难以完整观察到炮孔间裂纹的起裂、扩展至贯通。采用CAD与ANSYS联合建模技术构建空气不耦合光面爆破数值模型，运用显式动力分析软件LS-DYNA定义岩石单元失效计算获得切缝药包光面爆破裂纹扩展演化过程，从时空演化角度研究光面爆破裂纹扩展规律，从而为矿山巷道爆破工程提供更精确的指导。研究结果表明：1）CAD与ANSYS联合建模技术弥补了 ANSYS 对于复杂模型构建的缺陷，实现精确耦合数字建模；2）定义岩石单元失效方法可以使得爆破裂纹演化过程更为直观，切缝药包爆破相较一般空气不耦合装药结构爆破，炮孔周壁产生的径向裂纹和分叉裂纹显著减少；3）模拟不耦合系数1.5、1.8、2.25切缝药包光面爆破裂纹扩展时空过程，发现切缝药包爆破裂纹扩展演化规律，其裂隙数量随着不耦合系数的增大而减少，裂纹扩展演化长度也随之变短，分叉裂纹扩展演化明显降低，当不耦合系数为1.8时，数值模拟切缝药包爆破裂纹扩展演化形成较佳的贯通裂纹，获得较好的爆破效果。
关键词：切缝药包；时空演化；联合建模；贯通裂纹；数值模拟
Numerical Analysis of the slotted cartridge blasting crack extension by temporal-spatial evolution
Hu Jianhua Deng Yulin
(School of Resources&Safety Engineering, Central South University,Changsha Hunan 410083,China)
Abstract: Based on the complexity and uncertainty of smooth blasting, it is difficult to observe the blasting crack
by the crack initiation, extension and transfixion through the field test. The model of smooth blasting that air as
coupling medium is established by combining CAD with ANSYS. The explicit dynamic software LS-DYNA is
used to simulate slotted cartridge blasting crack extension with elements failure is defined, to provide more
accurate guidance for mine laneway blasting projects from the aspects of temporal and spatial evolution with
multi-direction cutaway views. The research results as follows: 1) Joint modeling with CAD and ANSYS can fill
the gap of ANSYS for complex model modeling, and achieve refined digital modeling for roadway; 2) Blasting
crack extension is more intuitive with elements failure is defined, and which has contributed to the analysis of
cutting effect. The blast-induced crack surrounding the hole and crack bifurcation phenomenon are reduced
significantly, when slotted cartridge blasting is compared with the model of smooth blasting that air as coupling
medium; 3) Through the temporal and spatial evolution simulation of slotted cartridge when decoupling
coefficient was 1.5、1.8、2.25, found that the number of slotted cartridge blasting crack reduce with the increase of
decoupling coefficient, crack extension length becomes shorter, the bifurcation of crack extension decreased
significantly; When decoupling coefficient is 1.8, the numerical simulation of slotted cartridge blasting crack
extension form better transfixion crack evolution, obtain good blasting effect.
Keywords: slotted cartridge；temporal and spatial evolution；joint modeling；transfixion crack；numerical
simulation
基金项目：国家十二五科技支撑计划（No. 2015BAB12B01），国家自然科学基金资助项目（No. 41672298），湖南省自然科学基金资助项目（2016JJ2145）
作者简介：胡建华（1975—），男，湖南衡南人，博士，教授，从事高效安全采矿技术与岩土工程的稳定性分析研究 0引言
传统的光面爆破中大多选用不耦合装药结构，此种装药方法可以有效减小直接作用于岩壁的爆破压力，减小对围岩的损伤[1]，其爆破后岩壁应力均匀分布。但炮孔周壁生成的随机径向裂纹仍相对较多，不利于光面爆破的径向裂纹的有效裂纹发展控制。采用定向致裂爆破，其周围岩壁的应力分布的不均匀，可以提高致裂的有效性，炮孔常见装药方式有切槽爆破装药[2]、切缝药包装药[3]、聚能药包装药[4]等，这种装药结构爆破后岩体的应力集中于需要爆破的方向，从而达到更加良好的爆破效果，其中采用切缝药包装药结构控制岩石断裂技术取得炮孔间裂纹扩展至裂隙贯通的效果显著。
戴俊等[5]分析了切缝管切缝宽度的影响因素，利用数值方法研究切缝药包岩石定向断裂爆破炮孔间贯通裂纹的形成机理，提出切缝管切缝宽度和爆破形成的初始导向裂纹计算方法。吴丙权[6]基于弹塑性理论，运用数值模拟方法分析切缝药包控制爆破初始裂缝的形成过程。瑞典学者Langefors[7]试验研究切缝药包的不耦合系数与裂缝扩展关系，提出了炮孔间裂纹扩展长度和不耦合系数间变化规律，获得了裂纹扩展效果最佳时的最优不耦合系数参数。蒲传金等[8]通过理论和实验研究了切缝药包爆破的聚能效应和护壁作用机理，确定了最佳装药不耦合系数。张志雄等[9]通过实验室模型试验研究切缝外壳参数、不耦合系数对裂纹定向扩展的影响，试验验证了爆破参数设计的合理性。
采用显式动力分析软件LS-DYNA数值模拟方法研究切缝药包炮孔间裂纹的起裂、扩展至贯通，改变了国内外众多学者切缝药包爆破中无法考虑岩石单元失效作用，可直观展示裂缝的扩展[10]。李显寅等[11]通过切缝药包爆破数值模拟结果表明，切缝药包爆破的切缝处具有明显的剪应力作用，该剪应力将使爆破裂纹从切缝处起裂并形成定向断裂成缝。过江[12]等基于LS-DYNA动力有限元程序，分析了空气和水作为径向耦合介质下光面爆破裂纹发展规律，提高了爆破参数对工程施工效果影响。
然而，径向不耦合数系对矿山巷道爆破工程的影响显著。大量的爆破研究中，径向不耦合系数对裂纹贯通的精细影响研究较少。采用精细建模和可视化的分析方法，对切缝药包爆破参数及裂纹扩展演化规律的精细分析，有利于提高工程爆破效果。
1数值模型构建
1.1 CAD导入建模
模型尺寸大小为60cm×90cm，炮孔之间的距离为60cm，炮孔中心至爆破自由面的距离设置为70cm，炮孔直径设置为45mm，药卷直径设置为30mm，切缝管厚度为2mm，切缝管切缝宽度[5]为6mm，模型中的切缝管采用45#钢材料，炮孔连心线穿过切缝药包切缝口。利用AUTO CAD软件建立切缝药包双孔爆破模型，并将其输出为“.sat”文件导入到ANSYS中进行模型修复[13-14]，实现复杂材料模型的数字建模。为模拟出爆破裂纹效果，通过LS-DYNA关键字MAT_ADD_EROSION定义岩石单元失效[15]进而模拟出裂纹的效果，获得光面爆破裂纹扩展时空演化过程。为减少数值计算量，取模型剖面进行计算，厚度方向取为2mm，选取Solid 164单元，CAD和网格模型如图1。
图1 CAD模型与计算网格模型的构建
Fig.1 CAD model and the finite element model
1.2 算法选择
计算中岩体、切缝管单元为拉格朗日单元，炸药及不耦合质空气采用单物质的ALE算法，炸药、空气等流体物质与岩体、切缝管拉格朗日单元采用流固耦合处理，利用流固耦合作用将炸药爆炸后的荷载传递到切缝管和岩体上，模拟岩体在爆炸荷载作用下的爆破效果。
1.3 材料参数
1.3.1材料参数
炸药采用2#岩石炸药，材料参数如表1所示。
表1 2#岩石炸药材料参数
Table1 Properties of 2# explosive
密度ρ/kg·m-3 爆速D/m·s-1 爆 压PCJ/GPa A/GPa B/GPa R1 R2 ω E
1240 3200 3.5 214.4 0.182 4.20 0.90 0.15 4.192 炸药状态方程（JWL方程）[16]如式（1）所示：
VEeVRBeVRAPVRVR212111 （1）
式（1）中：P为爆轰压力，V为相对体积；A、B、R1、R2、为炸药材料常数；E是单位体积比内能。
空气采用空白材料模型，在k文件中采用MAT_NULL材料模型[17]定义，参数如表2所示。
表2 空气材料及其状态方程参数
Table 2 Properties of air and equations
密度ρ/kg·m-3 C0 C1 C2 C3 C4 C5 C6
巷道压顶光面爆破裂隙扩展模拟及参数优化
巷道压顶光面爆破裂隙扩展模拟及参数优化
一、巷道压顶光面爆破裂隙扩展模拟方法
1.数值模拟方法
数值模拟方法可以通过计算机软件进行模拟，常用的软件有FLAC，PFC等。这些软件可以通过建立巷道模型和爆破模型，模拟爆破过程中的应力、应变和裂隙的扩展情况。
2.物理模拟方法
物理模拟方法可以通过实验室进行模拟，常用的实验设备有岩石力学试验机、声发射仪器等。通过制作巷道和试样，进行爆破实验，观察裂隙的扩展情况，并记录应力和应变的变化。
3.综合模拟方法
综合模拟方法将数值模拟和物理模拟方法结合起来，既考虑了模拟的准确性，又考虑了实验的可操作性。可以先进行一系列的计算机模拟，再通过实验验证模拟结果的准确性。
二、巷道压顶光面爆破参数优化
1.炮孔排布参数优化
通过优化炮孔的排布方式，可以减小巷道爆破过程中的应力集中和能量损失。常用的炮孔排布方式有平行排布、交叉排布和切割排布等。可以通过模拟和实验，比较不同排布方式的效果，选择最佳的炮孔排布参数。
2.炮孔设计参数优化 炮孔的设计参数包括孔径、孔深和装药量等。合理的炮孔设计可以提高爆破效果，并减小对巷道的破坏。可以通过模拟和实验，分析不同炮孔设计参数对爆破效果的影响，优化炮孔设计参数。
3.裂隙填充物优化
4.爆破参数监测和调整
在巷道压顶光面爆破过程中，需要对爆破参数进行监测和调整。通过监测炮孔的震动、温度和声响等信息，以及巷道的位移和裂隙的扩展情况，调整和优化爆破参数，以达到最佳的爆破效果。
5.安全措施优化
在巷道压顶光面爆破过程中，需要重视安全措施的优化。包括预处理、喷锚、防护网等，以减小爆破过程对巷道的破坏和对工人的危害。可以通过模拟和实验，比较不同安全措施的效果，选择最佳的安全措施。
综上所述，巷道压顶光面爆破裂隙扩展模拟及参数优化是一个复杂的问题，需要综合考虑多个方面的因素。通过合理选择模拟方法和参数优化方法，可以得到最佳的巷道压顶光面爆破效果，并保障工作人员的安全。
不同耦合介质光面爆破裂纹发展数值分析
不同耦合介质光面爆破裂纹发展数值分析
过江;崔文强;陈辉
【期刊名称】《黄金科学技术》
【年(卷),期】2016(024)001
【摘 要】为研究不同耦合介质条件下光面爆破裂纹发展特性，基于 ANSYS/LS-DYNA 动力有限元程序，利用脆性材料的 Von Mises 破坏准则，建立了不同炮孔间距、不同抵抗线条件下的光面爆破数值模型，分别分析了空气和水作为径向耦合介质下光面爆破裂纹发展规律。研究发现：由于2种物质的性质不同，导致耦合作用机理的不同，传递给岩体的爆炸能量有所差别，进而影响炮孔间裂纹的发展，数值模拟结果证实了这一点。空气耦合下的光面爆破较易形成合格的贯通裂隙，且炮孔周边爆生裂纹相对较少，裂纹分叉现象较少；水耦合条件下贯通裂隙形成质量较低或者不形成贯通裂隙，炮孔周边裂纹较发育，裂纹分叉现象较多，不利于炮孔间径向裂纹的贯通。2种耦合介质下，炮孔连心线上的 Von Mises 应力衰减曲线均符合幂函数衰减，水耦合条件下，炮孔壁的 Von Mises 应力明显高于空气耦合，但衰减速度相比空气耦合条件下较小。随着不耦合系数的增大，传递给岩体的压力减小，岩体爆破裂纹减少，不耦合系数为2.1时爆破效果最佳。
【总页数】8页(P68-75)
【作 者】过江;崔文强;陈辉
【作者单位】中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083;中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083;新疆大学地质与矿业工程学院，新疆 乌鲁木齐
830046 【正文语种】中 文
【中图分类】TD235
【相关文献】
1.爆炸荷载下缺陷介质裂纹扩展规律数值分析研究 [J], 王雁冰;雷谦;杨仁树;许鹏
2.饱和多孔介质不同动力耦合形式数值分析 [J], 刘宝;苏谦;刘亭;李婷
3.天然气炉窑干燥过程多孔介质传热传质耦合数值分析 [J], 周宇;秦朝葵
4.两介质接触面裂纹扩展数值分析 [J], 刘晋艳;赵海燕
光面爆破与预裂爆破比较分析
光面爆破与预裂爆破比较分析
摘要：光面爆破与预裂爆破在机理上、起爆方式、应用条件以及范围具有一定区别。
关键词：光面爆破 预裂爆破 起爆方式 应用范围
Smooth blasting and blasting a comparative analysis of pre-split
Abstract Pre-split blasting and smooth blasting in the mechanism, the
initiation mode, the application conditions and the range has a certain distinction.
Key words Smooth blasting Pre-split blasting Detonation mode
Applications一、光面爆破与预裂爆破两者的爆破机理
光面爆破的机理是：光面爆破的破岩机理十分复杂，目前仍在探索中。尽管在理论上还很成熟，但在定性分析方面已有共识。一般认为炸药起爆时，对岩体产生两种效应，主要是爆炸气体膨胀做功所起的作用。光面爆破是周边眼同时起爆，各炮眼的冲击波向四周作径向传播，相邻炮眼的冲击相遇，产生应力波德叠加，并产生切向拉力，拉力的最大值发生在相邻炮眼中心连线的中点，当岩体的极限抗拉强度小于此拉力时，岩体便被拉裂，在炮眼中心连线上形成裂缝，随后，爆炸气的膨胀令裂缝进一步扩展，形成平整的爆裂面。
预裂爆破的作用机理：主要指预裂爆破成缝机理。为了保证预裂爆破成功，首要的条件是不压坏预裂孔壁，其次是沿预孔连线方向成缝。当炸药爆炸后，产生的冲击压力和高压气体的作用，将会使孔壁产生剧烈破坏。要想不压坏孔壁必须采用不偶令装药法，即药包直径小于钻孔直径。试验发现，当药包与孔壁之间存在空气间隙时，由于空气的缓冲作用，使孔壁所受压力大大降低。试验得出，当不偶令系数M=2.5时，作用在炮孔内壁的最大切向应力只相当于不偶令系数为1时的大约1/16。因此，完全有可能利用现有的常用炸药，用不偶令装药来降低孔壁压力，把几万个大气压降到每平方厘米只有几千或几百会斤的压力值。当降低的压力值小于或极接近于岩石的极限抗压强度时，便可使孔壁不受爆破压缩破坏或者只受少量的振动。在利用不偶令装药保证孔壁不受破坏的前提下，第二个条件就是怎样保证在预定的方向成缝。实践经验证明，只需要调整相邻炮孔的距离或孔内装药量便可达到成缝的目的。
切缝药包爆破中爆生气体作用的试验研究
◎试验研究◎ 切缝药包爆破中爆生气体作用的试验研究
切缝药包爆破中爆生气体作用的试验研究
杨仁树陈岗岳中文姜琳琳 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京市，１０００８３
摘要切缝药包爆破是目前在实际工程中应用的定向断裂控制爆破方法，为更好地研究和使用这种爆破技术，使用 高速摄影技术观察模型试件裂纹扩展过程，研究切缝药包爆破中爆生气体的作用机理。试验结果表明，切缝管对爆生 气体的约束作用使得沿切缝方向的裂纹扩展得到加强，而爆生气体的准静态压力没有作用于其它方向的裂纹。 关键词切缝药包爆破爆生气体 高速摄影模型试验 中图分类号１１）２３５．３７３ 文献标识码Ａ
１ 引言
传统的光面爆破和预裂爆破在边坡开挖、隧道掘进等实际运用中，均难免会产生随机径向裂纹，增
加围岩损伤，难以保证岩体破裂面光滑，同时产出的爆破振动削弱了岩体边坡的稳定性。定向断裂技术
通过改变爆炸能量在岩体中的分布，使爆炸力相对集中，可以解决传统爆破中存在的难题。切缝药包是
在光面爆破基础上发展起来的定向断裂爆破技术，在实际运用中操作简单且可以显著提高爆破效果。切
缝药包爆破的原理是通过切缝管控制爆炸应力波和爆生气体对介质的准静态作用和尖劈作用，在预定的
方向产生裂纹。在切缝药包爆破的初始阶段，炮孔壁切缝方向岩石在冲击波作用下产生尖端破碎区，第 二阶段是爆生气体对初始裂纹的扩展ｌ１ 。本试验使用高速摄影记录爆破过程，对爆生气体的作用下初
始裂纹的扩展机制进行研究。
２水泥砂浆模型试验
由于水泥砂浆模型和岩石材料具有很好的相似性，在试验中使用水泥：砂：水＝１：２：０．４的配比
制作模型试件 ，经同配比的标准试块测试，单轴抗压强度为４１．６Ｍｐａ，抗拉强度为３．４Ｍｐａ，弹性模量
为１７．８Ｍｐａ，泊松比为０．１７，纵波声速为３７８１ｍ・Ｓ～。模型尺寸为６００￣４００￣３００ｍｍ，预留炮孔直径
ｌＯｍｍ，深度１８０ｍｍ，最小抵抗线２００ｍｍ，如图１所示。
切缝药包爆炸作用机理数值模拟
第38卷 第5期爆炸与冲击Vol.38,No.5 2018年9月EXPLOSIONANDSHOCKWAVESSept.,2018
DOI:10.11883/bzycj-2017-0410文章编号:1001-1455(2018)05-1172-09切缝药包爆炸作用机理数值模拟*
申 涛1,2,罗 宁1,2,3,向俊庠1,2,高祥涛4
(1.中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州221116;
2.中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州221116;
3.中国科学技术大学近代力学系,安徽合肥230027;
4.贵州省公安厅治安总队,贵州贵阳550001)
摘要:为研究切缝药包定向控制爆炸机理,基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验,建立“炸药-切
缝管-空气”模型,采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝
管形态变化。研究结果表明:切缝药包爆炸过程中切缝管能够有效控制爆炸能量释放和爆生气体动力学行为;
切缝方向压力超前且高于非切缝方向;在爆炸冲击波及爆生气体共同作用下,切缝管曲率不断变小且从起爆点
处以相同的变形特征沿切缝管轴向发展;数值模拟结果与实验结果吻合。 关键词:定向控制;爆破;切缝药包;爆生气体;高速纹影 中图分类号:O382 国标学科代码:13035 文献标志码:A
近年来,在深部岩土工程、隧道开挖、边坡开挖、贵重石材开采等工程领域中切缝药包定向控制爆破技
术应用广泛且效果显著。切缝药包的实质是在具有一定密度和强度的管状炸药包装上开有不同形状、不
同角度和不同数目的切缝来同时控制爆炸应力场的分布和爆生气体对介质的准静态作用与尖劈作用,达
到定向控制爆破的目的。因此,切缝药包定向控制爆破效果显著,切缝管发挥了重要作用。Fourney等[1]
在炮孔中使用轴向不同方向、不同数量间隙切缝的管来控制爆炸后的定向裂缝方向和数量,并通过脆性聚
酯材料、花岗岩、树脂玻璃系列模型实验证明了使用该装药方式可以获得指定方向和数量的径向裂纹,达
不同角度预制裂隙条件下双孔爆破裂纹扩展规律
不同角度预制裂隙条件下双孔爆破裂纹扩展规律
沈世伟; 李国良; 李冬; 廖文旺; 徐燕
【期刊名称】《《煤炭学报》》
【年(卷),期】2019(044)010
【总页数】9页(P3049-3057)
【关键词】双孔爆破; 预制裂隙; 应力强度因子; 能量释放率; 裂纹扩展
【作 者】沈世伟; 李国良; 李冬; 廖文旺; 徐燕
【作者单位】吉林大学建设工程学院 吉林长春130026; 中国科学院冻土工程国家重点实验室 甘肃兰州730000; 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 湖北武汉430056
【正文语种】中 文
【中图分类】TD235
随着国家经济的高速发展，岩体光面爆破技术在地下工程、水利水电、矿山等领域均得到了广泛应用[1-2]。但在隧道等地下工程爆破施工中，超欠挖现象仍然十分突出，不仅使施工成本大大增加，同时威胁隧道施工期的安全性。通过现场调研，当结构面与隧道轮廓线斜交时，超欠挖现象尤为明显。因此，研究炮孔间含倾斜裂隙条件下的爆生裂纹扩展规律，具有重要的理论和实际意义。
在双孔同时起爆条件下，爆生主裂纹及缺陷介质尖端产生的衍生裂纹的扩展过程十分复杂。近些年来，学者们通过不同手段对双孔同时爆破作用下裂纹的动态扩展过程进行了研究，得出了相应的结论。HOLLOWAY D C[3]利用动态全息干涉法，研究了双孔同时起爆时裂纹扩展位移的特征条纹，对裂纹扩展位移峰值区域进行了分析。BHANDARI S[4]对爆炸荷载下，含多炮孔岩体的破坏模型进行试验研究。张志呈[5-6]以大理石为研究对象，通过动光弹试验方法，研究双孔同时起爆条件下，裂纹的起裂、扩展及交汇过程，并认为爆生气体是岩石破碎后裂纹扩展的主要动力，而之前的以应力波为主的碎岩理论值得商榷。黄涛等[7]运用流变元数值分析方法，对双孔爆破下岩石破裂过程进行数值模拟，得到冲击荷载作用下，裂纹的扩展形式及块体破碎、爆破漏斗形成的全过程。FENDER等[8]研究了两条相向运动裂纹相互贯通机制。YANG R S[9-12]，YUE Z W[13]等对有机玻璃板进行试验，采用3种不同切槽的模型进行双孔同时爆破的裂纹动态扩展过程研究，得到裂纹尖端扩展速度、加速度、应力强度因子和能量释放率等变化规律。王雁冰[14-15]通过动态焦散线试验系统，在预制水平缺陷和垂直缺陷模型下，分别进行了双孔同时爆破试验，得到裂纹的扩展路径、扩展速度、角度、加速度及应力强度因子的变化趋势。李清[16]在不同药量的切缝药包双孔同时起爆条件下，获得了爆生主裂纹和双垂直预制裂隙尖端衍生裂纹的扩展规律。沈世伟等[17]在不同节理间距，双孔同时爆破条件下，对裂纹扩展的动态行为进行了分析。上述学者的研究及发现，对于双孔同时爆破条件下，无缺陷、含水平缺陷、含垂直缺陷等模型的裂纹动态响应问题提供了相应的理论基础及试验思路，为之后的研究奠定了基础，然而对含倾斜缺陷模型裂纹的动态扩展问题的深入研究较为欠缺。笔者利用动态焦散线试验，在双孔同时爆破条件下，研究分析了不同角度预制裂隙对裂纹动态扩展的影响，得到预制裂隙尖端衍生裂纹及爆生主裂纹扩展的路径、破坏形态，裂纹扩展速度、应力强度因子和能量释放率等试验参数的变化规律，更加贴近工程实际，对隧道等地下工程施工中的爆破效果控制具有重要的指导意义。
切缝药包爆破的研究现状和存在的问题
第２８卷第４期 ２００６年８月 四川冶金 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｖ０１．２８ Ｎｏ．４ Ａｕｇ，２００６
切缝药包爆破的研究现状和存在的问题
蒲传金 张志呈 郭学彬 肖正学
（西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳６２１０１０）
【摘要】总结和分析了切缝药包爆破的机理及其研究现状，提出了切缝药包爆破技术发展中存在的一些尚 需解决的问题。 【关键词】切缝药包爆破机理现状
ＣＵＲＲＥＮＴ ＳＩＴＵＡＴＩＯＮ ＯＦ ＣＵＴＴＩＮＧ ＳＥＡＭ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ
ＢＬＡＳＴＩＮＧ ＡＮＤ ＥＸＩＳＴＥＮＴ ＰＲＯＢＬＥＭＳ
Ｐｕ Ｃｈｕａｎｊ ｉｎ Ｚｈａｎｇ Ｚｈｉｃｈｅｎｇ Ｇｕｏ Ｘｕｅｂｉｎ Ｘｉａｏ ｚｈｅｎｇｘｕｅ
（ｓｃＩｕ山ｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｄｅｎｅｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｉｅｈｕａｎ Ｍｉａｎｙａｎｇ，６２１０１０）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｂｌａｓｔｉｎｇ ｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｅａｍ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈｆｕｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ ａｎｄ
ａｎａｌｙｚｅｄ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｕｎｆａｔｈｏｍｅｄ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｅａｍ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ，ｂｌａｓｔｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ
爆破从技术要求上可分为三类：第一类要求将
岩石破碎成适应装运要求的块体；第二类要求爆破
后岩体和岩块破裂面光滑平整，无明显爆破损伤，岩
块基本完好，和符合岩石爆破成型的要求ｕ ；第三
类就是同时满足前面两个要求。对于满足第二和第
三类要求的爆破工程，如边坡开挖，隧道掘进和石材
切割等，人们常常采用光面爆破和预裂爆破来完成，
但这两种方法却存在严重的缺陷，因此目前人们常
切缝管轴向不耦合装药爆破实验
第３７卷第１期 ２０１７年１月 爆炸与冲击 ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨ ＯＣＫ ＷＡＶＥＳ Ｖ０１．３７，ＮＯ．１ Ｊａｎ．，２Ｏ１７
切缝管轴向不耦合装药爆破实验
杨国梁，程帅杰，王 平，李学海，闫玉岗
（中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京１０００８３）
摘要：采用动态应变测试和高速摄影系统，对切缝管空气间隔装药定向断裂爆破机理进行研究。共采用 ４种装药结构，研究发现：当轴向不耦合系数为１．５时，炮孑Ｌ两侧测点的应变比最大为２．１，压力持续作用时间 达到９ ｐｔｓ，定向断裂效果显著。通过高速摄影测试发现裂纹的扩展速度并不是一个常量，扩展速度呈现震荡 变化，并对其形成机理进行分析。在模型实验的基础上，分别采用不耦合装药系数１．５和１．６６，进行地下隧 道和露天边坡工程爆破现场实验，取得了良好的效果。 关键词：爆炸力学；轴向不耦合系数；应变比；定向断裂爆破；切缝管 中图分类号：Ｏ３８３．２；ＴＤ２３５ 国标学科代码：１３０３５ 文献标志码：Ａ
切缝药包爆破的实质是在具有一定密度和强度的炸药外壳上开有不同角度，不同形状和数量的切
缝，利用切缝控制爆炸应力场的分布和爆生气体对（孔壁）介质的准静态作用和尖劈作用，达到控制所爆 介质的开裂方向的目的口］。轴向间隔装药爆破，其爆破作用机理与耦合装药时不同。采用空气间隔装
药爆破时，虽然作用于炮孔侧壁的平均压力要显著低于耦合装药爆破，但是在空气层间隔界面形成的系
列加载波作用下，炮孔内压力作用时间显著增长。相关学者对切缝药包爆破和空气间隔装药爆破机理 分别进行了探索性研究。杨仁树等 等采用动焦散实验系统，研究了切缝药包定向断裂爆破的裂纹扩
展规律，得到了裂纹尖端的动态强度因子。姜琳琳［５］、高祥涛 采用模型和现场实验的方法对切缝药包
定向断裂爆破机理进行了深入研究，分析了影响切缝药包爆破的几个重要因素。刘永胜等ｌ７ 提出了一
切缝药包控制爆破初始裂缝形成分析
２０１３年６月 切缝药包控制爆破初始裂缝形成分析戴俊等 －４９・
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８３５２．２０１３．０３．０１２
切缝药包控制爆破初始裂缝形成分析素
戴俊吴丙权孟振 西安科技大学建筑与土木工程学院（陕西西安，７１００５４）
［摘要］ 选用合适的应力强度因子，使之符合切缝药包控制爆破初始裂缝形成和裂缝扩展的过程。从分析切缝 药包控制爆破裂缝形成机理人手，运用弹性及弹塑性理论对切缝药包爆破形成的裂缝及扩展进行力学分析，提出 了适合于弹塑性条件下初始裂缝形成的应力强度因子。根据弹塑性理论得出的使岩石产生裂缝的应力强度因子 经现场应用较为符合实际情况。 ［关键词］ 控制爆破切缝药包弹性弹塑性应力强度因子 ［分类号］ＴＤ ２３５．３７ ＴＤ ２３５．１ １
引言 目前，对于切缝药包控制爆破技术的研究，已取
得了不少成果，也为工程实践提供了理论依据。但 在实际工程应用时，还会出现不少问题，使得爆破效
果并不十分令人满意。岩石的破坏要经过线弹性和 塑性变形两个阶段，但由＝Ｆ实际条件的复杂性，往往
假设岩石处于线弹性状态下直接被破坏，这样建立
的模型简单，有利于快速的计算和指导实践。但在
施工现场发现，往往不能完全达到预期的效果。为 此，依据弹塑性理论分析和探讨裂缝开裂的应力强 度因子具有重要意义。
１ 切缝药包控制爆破裂缝形成机理 切缝药包控制爆破是利用轴向切槽的硬质 管…，先将炸药装在管中，再装进炮孔中爆炸，切槽
处岩石较早地受到较大的爆炸荷载，导致在预定区 域径向裂缝的扩展优先于其他区域 ｊ。为使岩石
达到一定的破碎程度和到达固定方位，切缝药包控 制爆破利用其切口缝来控制炸药爆炸应力场的分布 以及爆生气体对岩石的准静态作用 ４。。
切缝套管大多选用ＡＢＳ工程塑料管 ，根据炮 孔直径和长度、装药量以及药卷直径来选定切缝套
管的直径和长度。切缝药包爆炸时使得切缝垂直方 向主要受压缩应力作用，而岩石本身的抗压强度较
切缝药包爆破机理分析与试验研究
第２３卷第１期 ２００６年３月 爆破 ＢＬＡＳＴＩＮＧ Ｖｏ１．２３ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２ｏ０６
文章编号：１００１—４８７Ｘ［２００６）０１—００３３～０３
切缝药包爆破机理分析与试验研究
蒲传金，郭学彬，张志呈，肖正学 （西南科技大学环境与资源学院，四川绵阳６２１０１０） 摘要：通过理论和实验研究了切缝药包爆破机理和爆破参数，结果表明，切缝药包爆破有明显的聚能效 应和护壁作用。其最佳装药不耦合系数为１．５—２．２。 关键词：定向断裂控制爆破；切缝药包；应变峰值增大率； 不耦舍系数 中图分类号：ＴＤ ２３５．１ 文献标识码：Ａ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｓｅａｍ Ｃａｒｔｒｉｄｇｅ Ｂｌａｓｔｉｎｇ
ＰＵ Ｃｈｕａｎ－ｊｉｎ－ＧＵＯ Ｘｕｅ—ｂｉｎ。ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ—ｃｈｅｎｇ。ＸＩＡＯ Ｚｈｅｎｇ—ＸｌＺｅ （Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｅａＩｎ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｃｕｔｔｉｎｇ ８ｅａｌｌｌ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ ｂｌａｓｔｉｎｇ ｈａｓ ａ ｄｉｓｔｉｎｃｔ ｅｎｅｒｇｙ ｃａｖｉｔｙ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｗａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｉｔｓ ｏｐｔｉｍｕｍ ｄｅｃｏｕｐｌｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ １．５—２．２． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｐｔｕｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｌａｓｔｉｎｇ；ｃｕｔｔｉｎｇ ｓｅａｍ ｃａｒｔｒｉｄｇｅ，Ｉ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ； ｄｅｃｏｕｐｌｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ