第6章岩土爆破理论
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2020/4/10
二 应力波作用学说
1、基本观点 爆炸冲击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时停止。
2020/4/10
1）应力波在自由面上的反射
自由面 入射纵波
反射纵波 反射横波
2020/4/10
2）应力波在不同介质分界面上反射和透射
Ⅱ Ⅰ
Pi
2020/4/10
St Pt
Sr Pr
4、岩石中的动应力场 爆炸载荷为动载荷，在爆炸载荷作用下， 岩石中引起的应力状态表现为动的应力状 态，也就是其应力不仅随时间变化，而且 也随距离变化。 动应力场的试验研究表明： • 自由面对应力极大值的变化有很大影响 • 自由面附近岩石的破坏主要是拉伸破坏
2020/4/10
2、岩石爆破理论研究的内容 （1）爆轰波理论的研究 （2）岩石特性的研究 （3）炸药能量向岩石传递的效率 （4）岩石的动态断裂与破坏 （5）爆破过程的数值模拟，爆破块度和
爆堆形态的预测
2020/4/10
6.2 岩石中的爆炸应力波
• 爆炸应力波：炸药在岩石或其它固体介 质中爆炸所激起的应力扰动（或应变扰 动）的传播，称为爆炸应力波。
（2）爆炸应力波的传播 影响爆炸应力波传播速度的因素： • 岩石密度 • 岩石的弹性模量 • 岩石结构、构造 工程上常常通过实测得到岩石的纵波和横 波速度。
2020/4/10
（3）应力波的反射 • 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。 • 应力波的透射：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。
应力是局部性的，在承载体内部具有明 显的应力不均匀性。 • 在冲击载荷的作用下，承载体的反应是 动态的。
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（2）爆炸冲击波参数 冲击波压力P 冲击波速度D
爆炸冲击波参数 介质质点运动速度u 内能E
压缩比
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（3）冲击波压力的衰减
• 冲击波作用范围，一般不超过药径的3~7 倍，在岩石中，冲击波峰值压力的衰减主 要与炸药类型、药包形状和岩石特性有关 ，其公式为
第6章 岩土爆破理论
主讲教师：田运生
2020/4/10
本章主要讲授内容：
6.1 岩石爆破理论的发展 6.2 岩石中的爆炸应力波 6.3 岩石中的爆炸气体 6.4 岩石的爆破破碎机理 6.5 爆破漏斗 6.6 装药量计算原理 6.9 影响爆破作用的因素
2020/4/10
6.1 岩石爆破理论的发展
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 这是由于爆破过程的瞬时性、动态性，岩体性质 的模糊性、不确定性等，使得爆破理论的研究非 常困难。所以，实际生产中遇到的很多问题，在 理论上还不能给出一个很好的回答。
P
P2 r
r r re
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3、爆炸应力波的传播 （1）冲击波、应力波和地震波 炸药在岩体中爆炸后，形成冲击波，其强 度随传播距离的增加迅速而减小，并且波 的性质和形状也产生相应的变化。根据波 的性质、形状的不同分为3个作用区，即 • 冲击波作用区 • 应力波作用区 • 地震波作用区
2020/4/10
破碎岩石时，炸药能量以两种形式释放出 来，一是冲击波，二是爆炸气体。对于岩 石破碎的主要原因究竟是那一个，主要有 三种不同的学说，即爆炸气体压力作用学 说（爆炸气体膨胀压理论）、应力波作用 学说（冲击波拉伸破坏理论）、应力波和 爆炸气体压力共同作用学说（冲击波和爆 炸气体综合作用理论）。
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1、岩石爆破理论的发展阶段 （1）早期发展阶段：从1613年开始在矿山首先使用
炸药，直到20世纪60年代初。其特点是出现了炸药 量计算公式，但没有对爆破过程作实质性的说明。 （2）爆破理论的确立阶段： 从20世纪60年代初直到 70年代。其特征是冲击波和爆炸气体综合作用理论 得到多数人的承认，初步揭示了破坏的本质现象。 （3）爆破理论的最新发展阶段：起始于20世纪80年 代，其特征是裂隙介质爆破机理的产生，计算机模 拟等的出现。
一、爆炸气体压力作用学说
1、基本观点 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。
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6.3 岩石中的爆炸气体
爆炸气体与冲击波的比较： （1）从出现的时间讲，冲击波在前，爆炸
气体在后。 （2）从对岩石的作用时间长短讲，冲击波
作用时间短，爆炸气体作用时间长。 （3）爆炸气体携带巨大的能量，在破碎岩
石中起着重要的作用。
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6.4 岩石的爆破破碎机理
6.4.1 岩石爆破破碎的主因
1、应力波的分类
（1）按传播途径分类
应力波
纵波P 体积波 横波S 表面波 瑞利波R
勒夫波L
202百度文库/4/10
（2）按波阵面形状分类 球面波
应力波 柱面波 平面波
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（3）按传播介质变形性质分类 弹性波
应力波
黏弹性波 塑性波
冲击波
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2、冲击载荷的特征及爆炸冲击波参数 （1）冲击载荷的特征 • 在冲击载荷作用下，承载体中诱发出的
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2、观点的依据 (1) 岩石发生破碎的时间是在爆炸气体
作用的时间内； (2) 炸药爆炸后，冲击波的能量仅占爆
炸总能量的5%~15%，这样少的能量不 足以破碎整体岩石；
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3、反驳该观点的依据 (1) 裸露药包爆破，例如破碎大块、爆破 薄板结构时。 (2) 从产生的压力来看，爆炸气体的准静 态压力只有冲击波波阵面压力的1/2~1/4， 因此，单独由这样低的准静态压力能否在 岩石中引起初始破裂也是令人怀疑的。
二 应力波作用学说
1、基本观点 爆炸冲击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时停止。
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1）应力波在自由面上的反射
自由面 入射纵波
反射纵波 反射横波
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2）应力波在不同介质分界面上反射和透射
Ⅱ Ⅰ
Pi
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St Pt
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4、岩石中的动应力场 爆炸载荷为动载荷，在爆炸载荷作用下， 岩石中引起的应力状态表现为动的应力状 态，也就是其应力不仅随时间变化，而且 也随距离变化。 动应力场的试验研究表明： • 自由面对应力极大值的变化有很大影响 • 自由面附近岩石的破坏主要是拉伸破坏
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2、岩石爆破理论研究的内容 （1）爆轰波理论的研究 （2）岩石特性的研究 （3）炸药能量向岩石传递的效率 （4）岩石的动态断裂与破坏 （5）爆破过程的数值模拟，爆破块度和
爆堆形态的预测
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6.2 岩石中的爆炸应力波
• 爆炸应力波：炸药在岩石或其它固体介 质中爆炸所激起的应力扰动（或应变扰 动）的传播，称为爆炸应力波。
（2）爆炸应力波的传播 影响爆炸应力波传播速度的因素： • 岩石密度 • 岩石的弹性模量 • 岩石结构、构造 工程上常常通过实测得到岩石的纵波和横 波速度。
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（3）应力波的反射 • 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。 • 应力波的透射：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。
应力是局部性的，在承载体内部具有明 显的应力不均匀性。 • 在冲击载荷的作用下，承载体的反应是 动态的。
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（2）爆炸冲击波参数 冲击波压力P 冲击波速度D
爆炸冲击波参数 介质质点运动速度u 内能E
压缩比
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（3）冲击波压力的衰减
• 冲击波作用范围，一般不超过药径的3~7 倍，在岩石中，冲击波峰值压力的衰减主 要与炸药类型、药包形状和岩石特性有关 ，其公式为
第6章 岩土爆破理论
主讲教师：田运生
2020/4/10
本章主要讲授内容：
6.1 岩石爆破理论的发展 6.2 岩石中的爆炸应力波 6.3 岩石中的爆炸气体 6.4 岩石的爆破破碎机理 6.5 爆破漏斗 6.6 装药量计算原理 6.9 影响爆破作用的因素
2020/4/10
6.1 岩石爆破理论的发展
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 这是由于爆破过程的瞬时性、动态性，岩体性质 的模糊性、不确定性等，使得爆破理论的研究非 常困难。所以，实际生产中遇到的很多问题，在 理论上还不能给出一个很好的回答。
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3、爆炸应力波的传播 （1）冲击波、应力波和地震波 炸药在岩体中爆炸后，形成冲击波，其强 度随传播距离的增加迅速而减小，并且波 的性质和形状也产生相应的变化。根据波 的性质、形状的不同分为3个作用区，即 • 冲击波作用区 • 应力波作用区 • 地震波作用区
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破碎岩石时，炸药能量以两种形式释放出 来，一是冲击波，二是爆炸气体。对于岩 石破碎的主要原因究竟是那一个，主要有 三种不同的学说，即爆炸气体压力作用学 说（爆炸气体膨胀压理论）、应力波作用 学说（冲击波拉伸破坏理论）、应力波和 爆炸气体压力共同作用学说（冲击波和爆 炸气体综合作用理论）。
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1、岩石爆破理论的发展阶段 （1）早期发展阶段：从1613年开始在矿山首先使用
炸药，直到20世纪60年代初。其特点是出现了炸药 量计算公式，但没有对爆破过程作实质性的说明。 （2）爆破理论的确立阶段： 从20世纪60年代初直到 70年代。其特征是冲击波和爆炸气体综合作用理论 得到多数人的承认，初步揭示了破坏的本质现象。 （3）爆破理论的最新发展阶段：起始于20世纪80年 代，其特征是裂隙介质爆破机理的产生，计算机模 拟等的出现。
一、爆炸气体压力作用学说
1、基本观点 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。
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6.3 岩石中的爆炸气体
爆炸气体与冲击波的比较： （1）从出现的时间讲，冲击波在前，爆炸
气体在后。 （2）从对岩石的作用时间长短讲，冲击波
作用时间短，爆炸气体作用时间长。 （3）爆炸气体携带巨大的能量，在破碎岩
石中起着重要的作用。
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6.4 岩石的爆破破碎机理
6.4.1 岩石爆破破碎的主因
1、应力波的分类
（1）按传播途径分类
应力波
纵波P 体积波 横波S 表面波 瑞利波R
勒夫波L
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（2）按波阵面形状分类 球面波
应力波 柱面波 平面波
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（3）按传播介质变形性质分类 弹性波
应力波
黏弹性波 塑性波
冲击波
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2、冲击载荷的特征及爆炸冲击波参数 （1）冲击载荷的特征 • 在冲击载荷作用下，承载体中诱发出的
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2、观点的依据 (1) 岩石发生破碎的时间是在爆炸气体
作用的时间内； (2) 炸药爆炸后，冲击波的能量仅占爆
炸总能量的5%~15%，这样少的能量不 足以破碎整体岩石；
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3、反驳该观点的依据 (1) 裸露药包爆破，例如破碎大块、爆破 薄板结构时。 (2) 从产生的压力来看，爆炸气体的准静 态压力只有冲击波波阵面压力的1/2~1/4， 因此，单独由这样低的准静态压力能否在 岩石中引起初始破裂也是令人怀疑的。