爆破工程课件——第五章 岩石爆破理论
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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。
第五章岩石爆破理论 -PPT精选文档83页
f(n)具体的函数形式有多种，各派学者的观点不一，
我国工程界应用较为广泛的是前苏联学者鲍列斯阔夫
提出的经验公式：
f(n) = 0.4＋0.6n3 Qp= (0.4＋0.6n3)kbW3
适用于集中药包抛掷爆破装药量的计算
02.12.2019
第五章 岩石爆破理论
28
上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结 果与实际情况比较接近。但是，当最小抵抗
02.12.2019
第五章 岩石爆破理论
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
02.12.2019
第五章 岩石爆破理论
17
第三节 成组药包爆破时岩石破坏特征
r
2
式中：Q----装药量，kg；
W
W----最小抵抗线，m；
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。
02.12.2019
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)
第五章 岩石爆破理论
21
一、体积公式的计算原理
在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与 所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。 体积公式的形式为：
Q=k·V
式中： Q — 装药量，kg ;
k — 单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3 ;
我国工程界应用较为广泛的是前苏联学者鲍列斯阔夫
提出的经验公式：
f(n) = 0.4＋0.6n3 Qp= (0.4＋0.6n3)kbW3
适用于集中药包抛掷爆破装药量的计算
02.12.2019
第五章 岩石爆破理论
28
上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结 果与实际情况比较接近。但是，当最小抵抗
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第五章 岩石爆破理论
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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第五章 岩石爆破理论
17
第三节 成组药包爆破时岩石破坏特征
r
2
式中：Q----装药量，kg；
W
W----最小抵抗线，m；
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)
第五章 岩石爆破理论
21
一、体积公式的计算原理
在一定的炸药和岩石条件下，爆落的土石方体积与 所用的装药量成正比。这就是体积公式的计算原理。 体积公式的形式为：
Q=k·V
式中： Q — 装药量，kg ;
k — 单位体积岩石的炸药消耗量，kg/m3 ;
《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
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。
第五章 岩石爆破基本原理
第5章 岩石爆破基本原理第1节 爆破破碎原理炸药在岩体内爆炸瞬间释放出巨大的能量，使岩体产生不同程度的变形和破坏。
为了达到低能耗、高效率破碎岩体的目的，并能有效地控制爆破产生的各种危害，就必须了解爆炸荷载作用下岩体的变形与破坏规律，分析爆破破碎原理，指导爆破设计与施工。
只有这样，才能合理地确定爆破参数和有效地控制爆破作用。
由于炸药的爆炸反应是高温、高压和高速的瞬态过程，岩体性质和爆破条件复杂多变，加之爆破工作具有较大的危险性，因此给直接观测和研究岩体的爆破破坏过程造成了极大的困难。
迄今为此，人们对岩体爆破作用过程仍然了解得不透彻，尚不能形成一套完整而系统的爆破理论。
尽管如此，随着长期实践经验的积累和现代科学技术的发展，借助先进的爆破测试技术以及模拟爆破试验，对爆破作用原理的研究取得了较大的进展，提出了多种岩体爆破机理的观点，在一定程度上反映了岩体的爆破破坏规律，具有一定的指导意义和实用价值。
一、爆破作用的基本原理1． 爆破破坏作用的基本观点爆破破坏作用的观点很多，大致可归纳为如下三种：（1） 爆轰气体破坏作用的观点。
从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量的高温、高压气体。
这种气体膨胀产生的推力作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的径向位移。
当药包埋深不大时，在最小抵抗线方向（即地表方向），岩1石移动的阻力最小，运动速度最高。
由于存在不同速度的径向位移，在岩体中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的动态抗剪强度时就会引起岩石破裂。
在爆轰气体膨胀推力作用下，自由面附近的岩石隆起、开裂，并沿径向方向推出，如图5—1。
这种观点不考虑冲击波的破碎作用。
（2） 应力波破坏作用观点。
从爆炸动力学的观点出发，认为药包爆炸产生强烈的冲击波，冲击、压缩周围的岩体，造成邻近药包的岩体局部压碎，之后冲击波衰减为压应力波继续向外传播。
当压应力波传播到岩体界面（自由面）时，产生反射拉应力波，若此拉应力波超过岩石的动态抗拉强度时，从界面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，如图5—2所示。
5 爆破工程地质 sjsppt 3 122页PPT文档
但是这种方法忽视了各岩石 特性的特殊性和差异性，因 此有一定的误差，显得有些 片面和笼统
如坚硬（强度高）但节理裂 隙发育，完整性差的岩体， 普氏系数大，但实际不难爆。
23
*
(2)前苏联库图佐夫 岩石爆破性分级方法 （多种指标）
24
*
(3)东北大学岩石分级法 东北大学综合考虑了爆破材料、工艺、参数等条件，进行了爆破
体材料那样有明显的屈服点，而是在所谓的弹塑性范围
内呈现弹性和塑性，甚至在弹性变形一开始破关系）。
9
*
岩石的主要力学特性
10
*
岩石的主要力学特性
非
线 性
弹
性
线
变
性
形
弹
性
变 形
脆 性
比
破
例
坏
极
限
塑 性 屈 服 变 形
延 性 破 坏
弹性变形区
塑性变形区
γ = G /V
式中 γ ——岩石的堆积密度，N/m3；
G——岩石的重量，N；
V——岩石的体积，m3。
岩石的堆积密度一般为20~30KN/m3。岩石密度大，其容重也 大，岩石的强度和抵抗爆破作用的能力也增强，破碎和移动 岩石所耗费的能量也增加。
在工程实践中常用公式K=0.4+(γ/2450)2(kg·m-3)，来估算
25
*
并按f值的大小将岩石划分为五级，见表4-5。 表4-5 东北大学岩石可爆性分级
级别
I
I1 I2
II
II1 II2
III
III1 III2
IV
IV1 IV2
V
V1 V2
f
<29 29.001～38
岩石爆破理论
岩石爆破理论5岩石爆破理论5.1岩石爆破破坏基本理论炸药爆炸引起岩石破坏，这是一个高能转化释放、传递作功的过程。
在这个过程中，岩石受力情况极其复杂，而历时又极为短暂，因此要正确地解释岩石爆破破碎机理，就极为困难，人们已作了多年的努力，仍没有一个确切全面的唯一的解释，而是各执一词。
但将多类解释的基本观点和理论依据归类，可概括为三大假说：5.1.1 爆生气体膨胀作用理论这种理论是从静力学的观点出发，认为：岩石的破碎主要是由爆炸气体产物的膨胀压力引起。
(1) 炸药爆炸时，产生高压膨胀气体，在周围介质中形成压应力场。
炸药爆炸生成大量气体产物，在爆热的作用下，处于高温高压的状态，而急剧膨胀，这些膨胀气体以极高的压力作用于周围介质，而形成压应力场。
(2) 气体膨胀推力使质点产生径向位移，而产生径向压应力，其衍生拉应力，产生径向裂隙。
很高的压应力场，势必使周围岩石质点发生径向移动，这种位移又产生径向压应力，形成径向压应力的传递；质点在受径向压应力时，将产生径向压缩变形，而在切向伴随有拉伸变形生产，这个拉伸应变就是径向压应力所衍生的切向拉应力所产生。
当岩石的抗拉强度低于此切向拉应力时，就将产生径向裂隙；岩石的抗拉强度远远地小于抗压强度（常为其1/10～1/15），所以拉伸破坏极易发生，而形成径向裂隙。
(3) 质点移动所受阻力不等，引起剪切应力，而导致径向剪切破坏。
质点位移受到周围介质的阻碍，阻力不平衡在介质中就会引起剪切应力，若药包附近有自由面时，质点位移的阻力在最小抵抗线方向最小，其质点位移速度最高，偏离最小抵抗线方向阻力增大，质点位移速度降低，这样在阻力不等的不同方向上，不等的质点位移速度，必然产生质点间的相对运动而产生剪切应力。
在剪切应力超过岩石抗剪强度的地方，将发生径向剪切破坏。
(4) 当介质破裂，爆炸气体尚有较高的压力时，则推动破裂块体沿径向朝外运动，形成飞散。
上述破坏发生将消耗大量的爆炸能，如果爆炸气体还有足够大的压力，则将推动破碎岩块作径向外抛运动，若压力不够就可能仅是松动爆破破坏，而没有抛散，甚至只是内部爆破。
5.岩石爆破破碎机理
0.75<n=r <1;<900
（4）松动爆破漏斗 W
n < 0.75
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二、利文斯顿爆破漏斗理论 1.利文斯顿爆破漏斗理论的实质 （1）传递给岩石能量大小的相关因素
岩石性质、炸药性能、药包质量、炸药埋置深 度和起爆方式。 （2）爆破后炸药能量分配
1）岩石的弹性变形； 2）岩石的破碎和破裂； 3）岩石的抛掷； 4）空气冲击波和对气体做功。
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二、面积公式 1.适用范围 预裂爆破、光面爆破和切割爆破 2.计算公式
Q qm A
（5-37）
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36
三、单位炸药消耗量的确定方法(BE0101-2) 单位炸药消耗量q b 是指单个集中药包形成标准 抛掷爆破漏斗时，爆破每立方岩石所消耗的2 号岩石铵梯炸药的质量。
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（2）破裂区的形成
1）径向裂隙的形成
①在应力波的作用下，使岩石质点产生径向 位移，在构成径向压应力场和切向拉应力场。 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径向裂隙；
②高压爆生气体膨胀作用在对周围岩石产生 强烈压缩的同时，也对已形成的径向裂隙产 生气楔作用，促进了径向裂隙的扩展；
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（3）片落区的形成
应力波传播到自由面时，使岩石产生反射拉 伸，若该拉应力大于岩石的抗拉强度时，表 面的岩石被拉断形成片落区。
（4）爆破漏斗的形成
在埋深适当的情况下，压碎区、破裂区和片 落区相连接，形成连续性破坏。最后在爆生 气体膨胀作用下，将最小抵抗线方向的岩石 鼓起、抛掷，最终形成倒锥形的凹坑。
1-铵油炸药；2-浆状炸药；3-含铝浆状炸药
（4）松动爆破漏斗 W
n < 0.75
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二、利文斯顿爆破漏斗理论 1.利文斯顿爆破漏斗理论的实质 （1）传递给岩石能量大小的相关因素
岩石性质、炸药性能、药包质量、炸药埋置深 度和起爆方式。 （2）爆破后炸药能量分配
1）岩石的弹性变形； 2）岩石的破碎和破裂； 3）岩石的抛掷； 4）空气冲击波和对气体做功。
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二、面积公式 1.适用范围 预裂爆破、光面爆破和切割爆破 2.计算公式
Q qm A
（5-37）
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三、单位炸药消耗量的确定方法(BE0101-2) 单位炸药消耗量q b 是指单个集中药包形成标准 抛掷爆破漏斗时，爆破每立方岩石所消耗的2 号岩石铵梯炸药的质量。
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（2）破裂区的形成
1）径向裂隙的形成
①在应力波的作用下，使岩石质点产生径向 位移，在构成径向压应力场和切向拉应力场。 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径向裂隙；
②高压爆生气体膨胀作用在对周围岩石产生 强烈压缩的同时，也对已形成的径向裂隙产 生气楔作用，促进了径向裂隙的扩展；
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（3）片落区的形成
应力波传播到自由面时，使岩石产生反射拉 伸，若该拉应力大于岩石的抗拉强度时，表 面的岩石被拉断形成片落区。
（4）爆破漏斗的形成
在埋深适当的情况下，压碎区、破裂区和片 落区相连接，形成连续性破坏。最后在爆生 气体膨胀作用下，将最小抵抗线方向的岩石 鼓起、抛掷，最终形成倒锥形的凹坑。
1-铵油炸药；2-浆状炸药；3-含铝浆状炸药
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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
2020/5/20
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.
2020/5/20
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
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。
2020/5/20
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
相 似 法
R' R
Q' Q
1/ 3
则
体
积
法
则 外部药包效应
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
18
能量平衡原理与装药量计算（2）
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
2020/5/20
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
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
2020/5/20
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。
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
2020/5/20
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
2020/5/20
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
19
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：
相关名词解释：临界深度 ，最适宜深度 ，转折深度。
2020/5/20
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
20
集中药包装药量计算
松动爆破漏斗
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
14
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 大于某一值时，叫
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
装药垂直自由面的爆破漏斗
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
2020/5/20
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）
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
2020/5/20
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
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
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；
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
12
爆破漏斗
爆破作用 （crater index）
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
2020/5/20
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
2020/5/20
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
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
（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
2020/5/20
哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：
(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。
体
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
积
成正比，即：
Q=KV
法
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，
则
即：
r=W
所以，爆破漏斗体积的大小为：
V r2 W W3 3
相
标准抛掷爆破的装药量可以认为是：
Q标 KW 3
似
于是：
法
Q抛 f (n)KW 3
则
f(n)为爆破作用指数函数（function of crater index）
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
2
第一节 岩石爆破破坏基本理论（1）
爆生气体膨胀作用理论
鲍列斯阔夫提出的经验公式（适用于抛掷爆破装药量的计算 ）：
岩体中任一点A的应力分析
主应力 1和 2 的作用方向
2020/5/20
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.
2020/5/20
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
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。
2020/5/20
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
相 似 法
R' R
Q' Q
1/ 3
则
体
积
法
则 外部药包效应
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
18
能量平衡原理与装药量计算（2）
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
2020/5/20
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
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
2020/5/20
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。
A—应力波合成的过程；B—岩石表面片落过程
2020/5/20
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
2020/5/20
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
19
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：
相关名词解释：临界深度 ，最适宜深度 ，转折深度。
2020/5/20
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
20
集中药包装药量计算
松动爆破漏斗
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
14
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 大于某一值时，叫
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
装药垂直自由面的爆破漏斗
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
2020/5/20
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）
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
2020/5/20
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
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
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；
5 爆炸气体扩展应力波所产生的裂隙。
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
12
爆破漏斗
爆破作用 （crater index）
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
2020/5/20
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
2020/5/20
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
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
（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
2020/5/20
哈努卡耶夫把岩石按波阻抗值分为三类：
(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。
体
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
积
成正比，即：
Q=KV
法
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，
则
即：
r=W
所以，爆破漏斗体积的大小为：
V r2 W W3 3
相
标准抛掷爆破的装药量可以认为是：
Q标 KW 3
似
于是：
法
Q抛 f (n)KW 3
则
f(n)为爆破作用指数函数（function of crater index）
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
2020/5/20
第五章 岩石爆破理论
2
第一节 岩石爆破破坏基本理论（1）
爆生气体膨胀作用理论
鲍列斯阔夫提出的经验公式（适用于抛掷爆破装药量的计算 ）：