第五章岩土中爆炸的基本理论-课件.ppt

1、第五章第五章 岩土中爆炸基本理论岩土中爆炸基本理论第一节第一节 岩石的动态特性和可爆性岩石的动态特性和可爆性第二节第二节 岩石中爆炸应力波岩石中爆炸应力波第三节第三节 岩石爆破破碎机理岩石爆破破碎机理第四节第四节 爆破漏斗爆破漏斗第五节第五节 装药量计算原理装药量计算原理1ppt课件第一节第一节 岩石的动态特性和可爆性岩石的动态特性和可爆性一、岩石的物理力学性质一、岩石的物理力学性质二、爆炸荷载下岩石的强度特性二、爆炸荷载下岩石的强度特性三、岩石的可爆性及可爆性分级三、岩石的可爆性及可爆性分级2ppt课件一、岩石的物理力学性质岩石的孔隙度：岩石的孔隙度：孔隙度是指岩石中孔隙的总体积孔隙度是指岩

2、石中孔隙的总体积V0与与岩石总体积岩石总体积V 之比。即：之比。即：孔隙度越大，岩石的强度越低。孔隙度越大，岩石的强度越低。岩石的密度：岩石的密度：岩石的密度就是单位体积（岩石的密度就是单位体积（V-V0）的岩）的岩石质量石质量(M)。即：。即：岩石的密度越大，岩石的致密性和整体性越好，强岩石的密度越大，岩石的致密性和整体性越好，强度越高，越难以破碎。度越高，越难以破碎。)/(0VVM%100/0VV3ppt课件一、岩石的物理力学性质（续）岩石波阻抗岩石波阻抗 ：岩石密度与纵波波速乘积。表征岩石：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，它与炸药爆炸后传给岩石的总对纵波传播的阻尼作

3、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，是衡量岩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。通常认为炸药的波阻抗与岩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）时，爆破传递给岩石石的波阻抗相匹配（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。其值为碎胀后的积增大，这一性质即为岩石的碎胀性。其值为碎胀后的体积体积V1与岩石原体积与岩石原体积V之比，即：之比，即：

4、VV/1pc4ppt课件一、岩石的物理力学性质（续）爆炸荷载特性爆炸荷载特性：炸药爆炸施加于岩石的是冲击荷载，：炸药爆炸施加于岩石的是冲击荷载，压力峰值高、作用时间短，即加载速率高，属于动态力压力峰值高、作用时间短，即加载速率高，属于动态力学范畴。静载时，岩石内的应力场与时间无关，岩石呈学范畴。静载时，岩石内的应力场与时间无关，岩石呈静态。爆炸荷载作用时，岩石内引起应力、应变变化，静态。爆炸荷载作用时，岩石内引起应力、应变变化，岩石呈动态。通常用应变率（应变随时间的变化）区别岩石呈动态。通常用应变率（应变随时间的变化）区别动、静荷载。动、静荷载。荷载状态分类荷载状态分类应变率应变率/s1 10

5、4荷载状态荷载状态流变流变静态静态准静态准静态准静态准静态动态动态加载方式加载方式稳定加载稳定加载液压机加载液压机加载压气机加载压气机加载冲击杆加载冲击杆加载爆炸加载爆炸加载5ppt课件一、岩石的物理力学性质（续）爆炸荷载下岩石的力学反应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，）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，衰变成应作用时间短，由于能量的大量消耗，衰减很快，衰变成应力波。力波。2）岩石中某局部被激发的应力脉冲（冲击波或应力）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

6、应力不均现波）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。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）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。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）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）。场。（两者的阻抗匹配）。6ppt课件二、爆炸荷载下岩石的强度特性二、爆炸荷载下岩石的强度特性岩石一般强度特性：岩石一般强度特性：同一岩石不同载荷作用下的强度特征：同一岩石不同载荷作用下

7、的强度特征：三轴等压强度三轴等压强度三轴不等压强度三轴不等压强度双轴抗压强度双轴抗压强度单轴抗单轴抗压强度压强度抗剪强度抗剪强度抗拉强度抗拉强度.岩石为脆性体（变形很小就发生破坏），其抗压强度岩石为脆性体（变形很小就发生破坏），其抗压强度远远大于抗拉强度，通常岩石的远远大于抗拉强度，通常岩石的抗拉强度仅为抗压强度的抗拉强度仅为抗压强度的330%。因此岩石很容易被拉断。因此岩石很容易被拉断。不同的岩石，其强度差别很大。例如，石英岩与页岩相不同的岩石，其强度差别很大。例如，石英岩与页岩相比，其单轴抗压强度高出比，其单轴抗压强度高出100倍之多。倍之多。即使是同一种岩石，由于其内部颗粒大小、胶结情况

8、即使是同一种岩石，由于其内部颗粒大小、胶结情况和生成条件不同，其强度差异也很大。例如，和生成条件不同，其强度差异也很大。例如，石英岩单轴石英岩单轴抗压强度的变化范围是抗压强度的变化范围是90500MPa7ppt课件二、爆炸荷载下岩石的强度特性（续）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）：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。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，强度提岩石的动态强度和

9、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。影响程度抗压强度高于抗拉强度。通常认为：通常认为：岩石动态强度比静态强度约提高岩石动态强度比静态强度约提高1015倍。倍。教材表教材表52列出了几种岩石的动态强度。列出了几种岩石的动态强度。jdK.lg8ppt课件爆炸荷载下岩石的弹性常数爆炸荷载下岩石的弹性常数 岩石在动载荷作用下，塑性减少，脆性增大，其应力岩石在动载荷作用下，塑性减少，脆性增大，其应力应变关系呈线性规律，即弹性模量增大。应变关系呈线性规律，即弹性模量增大。岩石的变形性质同样和加载速率有关，速率越高，弹岩石的变形性质同样和加载速率有关，速率越高，弹性模

10、量增加量越大。性模量增加量越大。总之，在爆炸载荷作用下，岩石呈现如下动态特性：总之，在爆炸载荷作用下，岩石呈现如下动态特性：1）岩石由弹塑性、塑性向脆性转化；）岩石由弹塑性、塑性向脆性转化；2）岩石弹性模量增大；）岩石弹性模量增大；3）岩石强度提高。）岩石强度提高。9ppt课件三、岩石坚固性分级三、岩石坚固性分级 岩石坚固性分级（普氏分级）：岩石坚固性分级（普氏分级）：20世纪世纪20年代提出，年代提出，50年代引进我国，至今仍在年代引进我国，至今仍在工程实践中最普遍使用。工程实践中最普遍使用。岩石坚固性概念：岩石坚固性概念：岩石坚固性表示各种方法破碎岩石的难易程度或岩石岩石坚固性表示各种方法

11、破碎岩石的难易程度或岩石对任何外力造成破坏的抵抗作用。对任何外力造成破坏的抵抗作用。岩石的坚硬系数岩石的坚硬系数 f：岩石坚固性由前苏联岩石坚固性由前苏联M.M.普洛托季亚可诺夫（普氏）普洛托季亚可诺夫（普氏）提出来的，其提出来的，其基本思想是大多数岩石在各种方式破坏中的基本思想是大多数岩石在各种方式破坏中的表现趋于一致。表现趋于一致。为了在量的方面相互比较岩石的坚固性，为了在量的方面相互比较岩石的坚固性，普氏提出了用普氏系数普氏提出了用普氏系数f 表示岩石坚固性的量值。表示岩石坚固性的量值。岩石单轴抗压强度的十岩石单轴抗压强度的十分之一。分之一。10/cf10ppt课件三、岩石坚固性分级（续

12、）三、岩石坚固性分级（续）岩石坚固性分级（普氏分级）：岩石坚固性分级（普氏分级）：用岩石的坚固性系数用岩石的坚固性系数 f 值作为岩石工程分级的依据，值作为岩石工程分级的依据，因它是由前苏联因它是由前苏联M.M.普洛托季亚可诺夫提出来的，所以普洛托季亚可诺夫提出来的，所以又又叫做岩石的普氏分级法。叫做岩石的普氏分级法。普氏按普氏按 f 值的大小将岩石分成十级，值的大小将岩石分成十级，f 值越大，岩石值越大，岩石破碎越难。目前我国常以普氏系数破碎越难。目前我国常以普氏系数f 值来确定岩石爆破所值来确定岩石爆破所需要的炸药量，并据此制定了施工定额。需要的炸药量，并据此制定了施工定额。普氏分级的意义

13、：普氏分级的意义：1）从量的方面给出了岩石间坚固性相互比较的可能；）从量的方面给出了岩石间坚固性相互比较的可能；2）确定施工方法和作业方式的依据；）确定施工方法和作业方式的依据；3）制定施工工程预算的依据。）制定施工工程预算的依据。11ppt课件第二节第二节 岩石中爆炸应力波岩石中爆炸应力波炸药在岩石中的爆炸时，最初施加在岩石上的是冲击荷炸药在岩石中的爆炸时，最初施加在岩石上的是冲击荷载，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

14、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。在爆源近区是冲击冲击波、爆炸应力波和爆炸地震波。在爆源近区是冲击波，具有陡峭的波阵面并以超声速传播，波阵面前后的波，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、衰都发生突跃变化。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

15、缩应力波，波头减快。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。12ppt课件炸药在岩土介质中爆炸发展图像炸药在岩土介质中爆炸发展图像1)1)岩石中爆炸应力波的演变岩石中爆炸应力波的演变 13ppt课件炸药在岩土介质中爆炸发展图像（续）炸药在岩土介质中爆炸发展图像（续）2)冲击冲击载荷作载荷作用下岩用下岩石的变石的变形及其形及其对应的对应的各种应各种应力波力波冲击载荷作用下岩石的变形规律冲击载荷作用下岩石的变形规律14ppt课件炸药在

16、岩土介质中爆炸发展图像（续）炸药在岩土介质中爆炸发展图像（续）2)2)冲击载荷作用下岩石的变形及其对应的各种应力波冲击载荷作用下岩石的变形及其对应的各种应力波 不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波不同应力幅值时岩石中传播的各种应力波15ppt课件岩石中爆炸应力波曲线特征岩石中爆炸应力波曲线特征岩石在冲击载荷作用下，对应不同应力幅值，所形成岩石在冲击载荷作用下，对应不同应力幅值，所形成的应力波特征不同：的应力波特征不同：（1 1）在装药近区，作用于岩石的爆炸载荷值很高，当）在装药近区，作用于岩石的爆炸载荷值很高，当 时，将在岩石中形成冲击波（图时，将在岩石中形成冲击波（图a a）。）。（2 2）

17、随着冲击波向外传播、衰减，当）随着冲击波向外传播、衰减，当 时，如时，如（图（图b b）所示，由于变形模量）所示，由于变形模量 随应力的增大而随应力的增大而增大，波速大于图中增大，波速大于图中A-B A-B 段的塑性波波速，但小于段的塑性波波速，但小于O-O-A-A 段的弹性波波速，因此应力幅值大的塑性波追赶前段的弹性波波速，因此应力幅值大的塑性波追赶前面的塑性波，形成速性追赶加载，形成陡峭的波阵面，面的塑性波，形成速性追赶加载，形成陡峭的波阵面，但波速低于弹性波速，为亚音速，这种波称为非稳定但波速低于弹性波速，为亚音速，这种波称为非稳定的冲击波。的冲击波。16ppt课件岩石中爆炸应力波曲线特

18、征（续）岩石中爆炸应力波曲线特征（续）（3 3）当）当 时，由于时，由于 不是常数，且随不是常数，且随应力的增大而减小，因此应力幅值大的应力波速度低应力的增大而减小，因此应力幅值大的应力波速度低于小应力幅值的应力波，在传播过程中波阵面逐渐变于小应力幅值的应力波，在传播过程中波阵面逐渐变缓，塑性波速度以亚音速传播。而应力小于的部分，缓，塑性波速度以亚音速传播。而应力小于的部分，则以弹性波速度传播。则以弹性波速度传播。（4 4）当当 时，时，为常数，等于岩石的弹性为常数，等于岩石的弹性常数，这时应力波为弹性波，以未扰动岩石中的音速常数，这时应力波为弹性波，以未扰动岩石中的音速传播。传播。17ppt

19、课件传入岩石中的爆炸载荷传入岩石中的爆炸载荷1)1)耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷：耦合装药时传入岩石中的爆炸载荷：爆轰波参数：爆轰波参数：根据流体动力学爆轰理论，根据流体动力学爆轰理论，可以建立炸药正常爆轰条件下的爆轰参可以建立炸药正常爆轰条件下的爆轰参数计算式，目前普遍采用的炸药爆轰参数计算式，目前普遍采用的炸药爆轰参数的简明（近似）计算式如下：数的简明（近似）计算式如下：式中：式中：Qv为炸药的爆热；为炸药的爆热；为炸药的密为炸药的密度；度；D为炸药的爆速；为炸药的爆速；p、u、c分别为分别为爆轰波爆轰波 阵面的压力、产物密度、质点阵面的压力、产物密度、质点速度和声速。速度和声速。018

20、ppt课件传入岩石中的爆炸载荷（续）传入岩石中的爆炸载荷（续）爆轰波对炮孔壁的冲击作用爆轰波对炮孔壁的冲击作用 耦合装药条件下，炸药与岩石紧密接触，因而爆轰波耦合装药条件下，炸药与岩石紧密接触，因而爆轰波将在炸药岩石界面上发生透射、反射。将在炸药岩石界面上发生透射、反射。通常炸药柱在一端用雷管通常炸药柱在一端用雷管引爆，爆轰波不是平面，引爆，爆轰波不是平面，而是呈球面形，而且爆轰而是呈球面形，而且爆轰波对炮孔壁岩石的冲击也波对炮孔壁岩石的冲击也不是正冲击（正入射），不是正冲击（正入射），而是斜冲击。通常按正入而是斜冲击。通常按正入射求解岩石中的透射波参射求解岩石中的透射波参数。数。19ppt课

21、件传入岩石中的爆炸载荷（续）传入岩石中的爆炸载荷（续）爆轰波的透射和反射爆轰波的透射和反射爆轰波在岩石分界面发生透射和反射，透射波在岩石中继爆轰波在岩石分界面发生透射和反射，透射波在岩石中继续向右传播，反射波则在爆轰产物内向左传播续向右传播，反射波则在爆轰产物内向左传播。01r2,2炸药的初始参数为：炸药的初始参数为：p0、u0=0爆轰波速度为爆轰波速度为Dv1；爆轰波即爆轰产物初始参数为爆轰波即爆轰产物初始参数为p1、u1 岩石的初始参数为岩石的初始参数为p0、u0=0 反射波参数为反射波参数为p2 、u2、Dv2 透射波参数为透射波参数为p2 、u2透射波波速为透射波波速为Dv2 20pp

22、t课件岩石中透射波参数岩石中透射波参数孔壁荷载计算孔壁荷载计算分别对入射波、反射波和透射波建立连续方程和运动分别对入射波、反射波和透射波建立连续方程和运动方程，并利用界面上的连续条件即可求得：方程，并利用界面上的连续条件即可求得：上式可化为上式可化为21ppt课件传入岩石中的爆炸载荷（续）传入岩石中的爆炸载荷（续）岩石中透射波参数岩石中透射波参数孔壁荷载近似计算孔壁荷载近似计算实践表明，并非在所有岩石中都能生成冲击波，这取决实践表明，并非在所有岩石中都能生成冲击波，这取决于炸药与岩石的性质。对大多数岩石而言，即便生成冲于炸药与岩石的性质。对大多数岩石而言，即便生成冲击波，也很快衰减成弹性应力波

23、，作用范围也很小，故击波，也很快衰减成弹性应力波，作用范围也很小，故有时也近似认为爆轰波与炮孔壁岩石的碰撞是弹性的，有时也近似认为爆轰波与炮孔壁岩石的碰撞是弹性的，岩石中直接生成弹性应力波（简称应力波），进而按弹岩石中直接生成弹性应力波（简称应力波），进而按弹性波理论或声学近似理论确定岩石界面上的初始压力。性波理论或声学近似理论确定岩石界面上的初始压力。根据声学近似理论可推得：根据声学近似理论可推得：式中式中Cp为岩石中的弹性波速度；为岩石中的弹性波速度；为岩石的密度；为岩石的密度；D1为为爆轰波速度爆轰波速度。r22ppt课件传入岩石中的爆炸载荷（续）传入岩石中的爆炸载荷（续）不耦合装药时炮

24、孔压力不耦合装药时炮孔压力不耦合装药情况下，爆轰波首先压缩装药与孔壁间间不耦合装药情况下，爆轰波首先压缩装药与孔壁间间隙内的空气，引起空气冲击波，而后再由空气冲击波隙内的空气，引起空气冲击波，而后再由空气冲击波作用于孔壁，对岩石加载。假定：作用于孔壁，对岩石加载。假定：a）爆炸产物在间隙内的膨胀为绝热膨胀，其膨胀规律）爆炸产物在间隙内的膨胀为绝热膨胀，其膨胀规律为为PV 3=常数；常数；b）忽略间隙内空气的存在；）忽略间隙内空气的存在；c）爆轰产）爆轰产物开始膨胀时的压力按平均爆压物开始膨胀时的压力按平均爆压Pm计算，即有：计算，即有：因此求得不耦合装药时，因此求得不耦合装药时，孔壁冲击压力为

25、：孔壁冲击压力为：23ppt课件岩石中爆炸冲击波的衰减规律岩石中爆炸冲击波的衰减规律在爆炸源近区，一般情况下岩石中传播的是冲击波。在爆炸源近区，一般情况下岩石中传播的是冲击波。这时可把岩石看成流体，冲击波压力随距离的衰减规这时可把岩石看成流体，冲击波压力随距离的衰减规律为律为式中式中 为比距离，为比距离，r为距药室中心的距离；为距药室中心的距离；rc为药室（炮眼）半径；为药室（炮眼）半径；为径向应力峰值；为径向应力峰值；为压力衰减指数，为压力衰减指数，对冲击波，取对冲击波，取rrPPr224ppt课件岩石中爆炸应力波的衰减岩石中爆炸应力波的衰减在冲击波作用区之外，传播的是应力波，应力波的衰在冲

26、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向应力之间有如下关系25ppt课件第三节第三节 岩石爆破破碎机理岩石爆破破碎机理 岩石爆破破坏机理的三种假说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；）爆生气体膨胀推力作用假

27、说；2）爆炸应力波反射拉伸作用假说；）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。）爆生气体和爆炸应力波综合作用假说。装药爆破作用：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：爆破漏斗外部作用：爆破漏斗26ppt课件一、岩石爆破破坏机理的三种假说一、岩石爆破破坏机理的三种假说 由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身由于岩石是一种非均质、各向异性的介质，爆炸本身又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整又是一个高温高压高速的变化过程，炸药对岩石破坏的整个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，

28、因此研究岩石个过程在几十微秒到几十毫秒内就完成了，因此研究岩石爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。尽管如此，爆破作用机理是一项非常复杂和困难的工作。尽管如此，理论研究方面仍取得重大成果，归结起来岩石爆破破坏机理论研究方面仍取得重大成果，归结起来岩石爆破破坏机理有三种假说理有三种假说 1）爆生气体膨胀推力作用假说；）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；）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。）爆生气体和爆炸应力波综合作用假说。27ppt课件爆生气体膨胀推力作用假说爆生气体膨胀推力作用假说 这种学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是这种学说

29、从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中由于爆轰气体的膨胀压力引起的。这种学说忽视了岩体中冲击波和应力波的破坏作用，其基本观点如下：冲击波和应力波的破坏作用，其基本观点如下：药包爆炸，产生大量高温高压气体，这些爆炸气体迅药包爆炸，产生大量高温高压气体，这些爆炸气体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力时，将产生径向裂隙。作用于岩壁上的

30、压力引起岩石质点径向位移，由于不同方向受力不等引起径向位移速度不点径向位移，由于不同方向受力不等引起径向位移速度不等，导致在岩石中形成剪切应力。当剪切应力超过岩石抗等，导致在岩石中形成剪切应力。当剪切应力超过岩石抗剪强度时，岩石即产生剪切破坏。破碎岩块又在爆轰气体剪强度时，岩石即产生剪切破坏。破碎岩块又在爆轰气体推力作用下沿径向抛出，形成爆破漏斗坑。推力作用下沿径向抛出，形成爆破漏斗坑。（内（内外）外）28ppt课件爆生气体的膨胀作用爆生气体的膨胀作用29ppt课件爆炸应力波反射拉伸作用假说爆炸应力波反射拉伸作用假说 这种学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩这种学说以爆炸动力学为基础，认

31、为应力波是引起岩石破碎的主要原因。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作石破碎的主要原因。这种学说忽视了爆轰气体的破坏作用，也忽视了压应力的作用，其基本观点如下：用，也忽视了压应力的作用，其基本观点如下：爆轰波冲击和压缩药包周围的岩壁，在岩石中激发形爆轰波冲击和压缩药包周围的岩壁，在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。成冲击波并很快衰减为应力波。此应力波在周围岩体内形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抗拉射拉应力波，当拉应力波的强度超过自由面处岩石的抗拉强度时，从自

32、由面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，直强度时，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。自由至拉伸波的强度低于岩石的动态抗拉强度处时停止。自由面形成片落爆破漏斗。面形成片落爆破漏斗。（外（外内）内）30ppt课件霍普金生杆件试验示意图霍普金生杆件试验示意图不同药量的岩石杆件爆破试验不同药量的岩石杆件爆破试验31ppt课件自由面附近应用波的发射作用自由面附近应用波的发射作用岩石条爆破试验：岩石条爆破试验：雷管；雷管；炸药；炸药；岩石条试件；岩石条试件；粉碎区；粉碎区；裂隙区；裂隙区；震动区；震动区；片落区片落区32ppt课件霍普金生效应霍普金生效应试

33、验：试验：在岩石杆件的一端安置炸药，起爆后，靠近炸在岩石杆件的一端安置炸药，起爆后，靠近炸药一端的岩石被炸碎，杆件中间部分没有明显的破坏，药一端的岩石被炸碎，杆件中间部分没有明显的破坏，而杆件的另一端则被拉断呈许多块。而杆件的另一端则被拉断呈许多块。原理：原理：炸药爆炸后，在岩石杆件中产生沿杆件轴向传炸药爆炸后，在岩石杆件中产生沿杆件轴向传播的爆炸压缩应力波，到达杆件的另一端遇端面（自由播的爆炸压缩应力波，到达杆件的另一端遇端面（自由面）将发生反射，形成拉伸应力波反射入杆件，当此拉面）将发生反射，形成拉伸应力波反射入杆件，当此拉伸波的拉应力值高于岩石的抗拉强度时，岩石将从该端伸波的拉应力值高于

34、岩石的抗拉强度时，岩石将从该端被拉断，随着反射波的传播，拉断的块数增多，直至拉被拉断，随着反射波的传播，拉断的块数增多，直至拉应力小于岩石的抗拉强度停止应力小于岩石的抗拉强度停止 33ppt课件爆生气体和爆炸应力波综合作用假说爆生气体和爆炸应力波综合作用假说 这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同这种学说认为，岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩作用的结果。这种学说综合考虑了应力波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，其基本观点如下：石破坏过程中所起的作用，其基本观点如下：炸药爆炸后在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应炸药爆炸后在岩石中激发

35、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力波。冲击波在药包附近的岩石中产生“压碎压碎”现象，应现象，应力力波在压碎区域之外产生径向裂隙。随后，爆轰气体产物继波在压碎区域之外产生径向裂隙。随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体续压缩被冲击波压碎的岩石，爆轰气体“楔入楔入”在应力波在应力波作作用下产生的裂隙中，使之继续向前延伸和进一步张开。当用下产生的裂隙中，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。自由面的反射拉伸作用同样也加强了径向裂向抛掷运动。自由面的反射拉

36、伸作用同样也加强了径向裂隙的扩展，并造成岩石片落。隙的扩展，并造成岩石片落。34ppt课件岩石爆破破坏机理的三种假说（综合）岩石爆破破坏机理的三种假说（综合）对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆轰气体的作用程度是不同的。用程度是不同的。在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系在坚硬岩石、高猛度炸药、偶合装药或装药不偶合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的。数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的。在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆轰气体的破坏作用是主要的。件下，爆轰气体的

37、破坏作用是主要的。工程爆破实践中应根据岩石条件、爆破效果要求，合工程爆破实践中应根据岩石条件、爆破效果要求，合理选择炸药品种和爆破方法（特别是装药结构）理选择炸药品种和爆破方法（特别是装药结构）35ppt课件二、爆破内部作用二、爆破内部作用 为分析岩体爆破破碎机理，通常假定岩石是均质，并为分析岩体爆破破碎机理，通常假定岩石是均质，并将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包将装药简化为在一个自由面条件下的球形药包。球形药包的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。的爆破作用原理是其它形状药包爆破作用原理的基础。最小抵抗线最小抵抗线W：岩石内装药中心距自由面的垂直距离。岩石内装药中

38、心距自由面的垂直距离。临界抵抗线临界抵抗线Wc：对于一定量的装药来说，若最小抵抗线超过某一临界值对于一定量的装药来说，若最小抵抗线超过某一临界值（即临界抵抗线）时，可认为药包处在无限岩石介质体中（即临界抵抗线）时，可认为药包处在无限岩石介质体中药包爆后，自由面上刚好不会出现爆破迹象。即装药爆破药包爆后，自由面上刚好不会出现爆破迹象。即装药爆破只发生在岩石内部，没能达到自由面。只发生在岩石内部，没能达到自由面。36ppt课件爆破内部作用（续）爆破内部作用（续）当最小抵抗线大于临界抵抗线（当最小抵抗线大于临界抵抗线（W Wc）时，装药时，装药爆破只发生在岩石内部，没能达到自由面。装药的此种爆破只发

39、生在岩石内部，没能达到自由面。装药的此种爆破作用叫做爆破作用叫做爆破的内部作用爆破的内部作用。内部作用时，根据岩石的破坏情况，除在装药周围内部作用时，根据岩石的破坏情况，除在装药周围扩大爆腔外，还将在岩石中自爆源向外依次形成扩大爆腔外，还将在岩石中自爆源向外依次形成粉碎区粉碎区（或称压缩区、压碎区）、破裂区（或称裂隙区）和震（或称压缩区、压碎区）、破裂区（或称裂隙区）和震动区动区。37ppt课件爆破内部作用岩石破坏分区示意图爆破内部作用岩石破坏分区示意图R0R2R1R0药包半径；药包半径；R1粉碎区半径；粉碎区半径；R2破裂区半径破裂区半径38ppt课件装药内部爆破作用装药内部爆破作用粉碎区粉

40、碎区 密闭在岩体中的药包爆炸时，产生高温高压气体，爆密闭在岩体中的药包爆炸时，产生高温高压气体，爆轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，强烈冲击药包周轰压力在数微秒内急剧增高到数万兆帕，强烈冲击药包周围岩石，激起起冲击波，产生很高的径向和切相压应力，围岩石，激起起冲击波，产生很高的径向和切相压应力，其强度远远超过岩石的动态抗压强度。结果造成爆腔扩其强度远远超过岩石的动态抗压强度。结果造成爆腔扩大，周围岩石形成粉碎性破坏，形成大，周围岩石形成粉碎性破坏，形成粉碎区粉碎区。（对于坚硬。（对于坚硬岩石，粉碎性破坏明显，而对于松软岩石则被压缩形成空岩石，粉碎性破坏明显，而对于松软岩石则被压缩形成空腔，空

41、腔表面形成较为坚实的压实层，故这种情况下的粉腔，空腔表面形成较为坚实的压实层，故这种情况下的粉碎区又称为碎区又称为压缩区压缩区。粉碎区内冲击波衰减很快，破坏范围较小，粉碎区半粉碎区内冲击波衰减很快，破坏范围较小，粉碎区半径较小，一些研究表明：对于径较小，一些研究表明：对于球形装药球形装药，一般是药包半径，一般是药包半径的（的（1.281.281.751.75）倍；对于）倍；对于柱形装药柱形装药，一般是药包半径的，一般是药包半径的（1.651.653.053.05）倍。但破坏程度大，能量消耗多。）倍。但破坏程度大，能量消耗多。39ppt课件装药爆破内部爆破作用装药爆破内部爆破作用裂隙区裂隙区 在

42、粉碎区外，冲击波衰减成压应力波，并继续沿径向在粉碎区外，冲击波衰减成压应力波，并继续沿径向传播。在径向产生压应力和压缩变形，而切向将衍生拉应传播。在径向产生压应力和压缩变形，而切向将衍生拉应力和拉伸变形。由于岩石是脆性介质，其抗拉强度很低，力和拉伸变形。由于岩石是脆性介质，其抗拉强度很低，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，当切向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石被拉断，形成与粉碎区贯通的形成与粉碎区贯通的径向裂隙径向裂隙。爆生气体。爆生气体“气楔气楔”效应，效应，引起径向裂隙进一步延伸。引起径向裂隙进一步延伸。当粉碎区形成，径向裂隙展开，作用在岩石上的压力当粉碎区形成，径向裂

43、隙展开，作用在岩石上的压力迅速下降，随即释放出在压缩过程岩石中积蓄的弹性变形迅速下降，随即释放出在压缩过程岩石中积蓄的弹性变形能，并转变为卸载波向爆心传播，形成与压应力波作用方能，并转变为卸载波向爆心传播，形成与压应力波作用方向相反的拉应力波，使岩石质点产生向心运动。当径向拉向相反的拉应力波，使岩石质点产生向心运动。当径向拉应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石即被拉断，形成应力大于岩石的抗拉强度时，该处岩石即被拉断，形成环环向裂隙。向裂隙。40ppt课件装药爆破内部爆破作用装药爆破内部爆破作用裂隙区裂隙区 随着径向随着径向裂隙、环向裂隙、环向裂隙和切向裂隙和切向裂隙的形裂隙的形成、扩展和成、扩展

44、和贯通，在紧贯通，在紧靠粉碎区外靠粉碎区外就形成破裂就形成破裂区。（径向区。（径向裂隙为主）裂隙为主）rr(a)rrrr(b)破裂区裂隙的形成 径向压应力；切向拉应力；径向拉应力；切向压应力rr41ppt课件爆破内部作用爆破内部作用震动区震动区 在破裂区外围的岩体中，应力波和爆轰气体的能量在破裂区外围的岩体中，应力波和爆轰气体的能量已不足以对岩石造成破坏，应力波衰变趋于具有周期性已不足以对岩石造成破坏，应力波衰变趋于具有周期性的正弦波，其的能量只能引起该区域内岩石质点发生弹的正弦波，其的能量只能引起该区域内岩石质点发生弹性振动，形成地震波，地震波的传播范围很大，直至爆性振动，形成地震波，地震波

45、的传播范围很大，直至爆炸能量被岩石完全吸收。这个区域称为震动区。在震动炸能量被岩石完全吸收。这个区域称为震动区。在震动区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑区，由于地震波的作用，有可能引起地面或地下建筑物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡、隧道物、构筑物的破裂、倒塌，或导致路堑边坡滑坡、隧道冒顶片帮等灾害。冒顶片帮等灾害。42ppt课件三、爆破外部作用三、爆破外部作用 当最小抵抗线小于临界抵抗线（当最小抵抗线小于临界抵抗线（W 1 为加强抛掷爆破；为加强抛掷爆破；f(n)1 为减弱抛掷爆破。为减弱抛掷爆破。常用的鲍列夫经验公式：常用的鲍列夫经验公式：f(n)=0.4n+0.6n2

46、3)(qWnfQ 59ppt课件装药量计算公式装药量计算公式3）松动爆破：）松动爆破：工程经验表明，集中药包松动爆破的单位用药量约工程经验表明，集中药包松动爆破的单位用药量约为标准抛掷爆破单位用药量的三分之一到二分之一，或为标准抛掷爆破单位用药量的三分之一到二分之一，或近似认为松动爆破漏斗的装药量约为标准爆破漏斗装药近似认为松动爆破漏斗的装药量约为标准爆破漏斗装药量的量的0.330.55倍，因此松动爆破的装药量公式为倍，因此松动爆破的装药量公式为：3)55.033.0(qWQ 60ppt课件柱状装药计算公式柱状装药计算公式柱状装药：柱状装药：计算公式的原理同集中装药不同的是体积计算：计算公式的

47、原理同集中装药不同的是体积计算：若若Lb 为炮孔深度，则爆破漏斗体积为：为炮孔深度，则爆破漏斗体积为：平行于自由面：平行于自由面：垂直于自由面：垂直于自由面：因此，对于炮孔装药松动爆破：因此，对于炮孔装药松动爆破：炮孔平行于自由面：炮孔平行于自由面：炮孔垂直于自由面：炮孔垂直于自由面：3)55.033.0(bqLQ 3bLV bLWV2bLqWQ2)55.033.0(61ppt课件思考题思考题1 1、岩石的坚固性及其分级、岩石的坚固性及其分级2 2、岩石爆破破碎机理的三种假说、岩石爆破破碎机理的三种假说3 3、爆破内部作用和爆破外部作用及其破岩形式、爆破内部作用和爆破外部作用及其破岩形式4 4、爆破漏斗的形成过程，爆破漏斗的几何要素以及爆、爆破漏斗的形成过程，爆破漏斗的几何要素以及爆 破漏斗的种类破漏斗的种类5 5、装药量计算体积原理及计算公式，不同爆破类型的装、装药量计算体积原理及计算公式，不同爆破类型的装 药量计算方法药量计算方法62ppt课件谢 谢63ppt课件