裂隙岩体爆破理论研究进展_何晓光
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建立反映岩体性质的本构模型及选取相应的参数, 是爆 破理论与工程计算中一个重要问题。对于裂隙岩体来说, 结 构面的力学作用必将直接影响数值计算的最终结果。目 前, 对此类问题的研究途径基本有两类。
视裂隙岩体为连续介质的研究 随着细观力学的引入, 断裂力学和损伤力学近年 来也有 很大的发展 。断裂力 学方法 把岩体 不再看 作完全 连续 的均 质体, 而看成含有众多裂隙的裂隙体。裂隙体的稳定 性取决 于应力状态 , 通过统计 不同长 度的裂 纹数和 裂纹密 度, 即可 求出岩石的 破坏 程度及 其分 布。成 功的 范例 就是 M argolin L . G. 提出的 BCM 层 状裂纹 岩石爆 破模型。这 种方法 的局 限性主要是 裂纹形态的 假设, 多裂纹 条的相 互作用, 断 裂韧 度的尺寸效应。 损伤力学是研究材料内部微缺陷的产生、扩展和 汇合所 产生的力学效应。它把岩体中的节理、裂隙看作存在 于岩体 介质中的一个初始损伤, 通过损伤张量来描述岩体性 能的劣 优。当损伤值 达到 其 临界 值时, 宏观 裂隙 就 会形 成。1987 年 J. S. Kuszmaul 提出的 T CK 模型就是这方面的代表。 从物理 机制上 看, 损伤 力学 和 断裂 力学 是 有本 质 联系 的, 介质材料的损伤和断裂反映了材料变形破坏的物 理全过 程。但是, 用损伤力学研究岩石的爆破损伤问题的关 键是如 何定义材料 的损伤能量、损伤 演化规 律, 以 及如何 正确 地给 出损伤能量及其演化规 律的材 料动态 本构关 系。这方 面的
之间由具有相应刚度的 弹簧( 阻尼 器) 连接, 形成总 的系 统, 由卡氏定理建立相应的 基本方 程。上述三 种方法 近年 来都 有较大发展 , 特别是块 体理论 与其他 方法相 结合, 在岩 石力 学和边坡稳定方面取得很大进展。
作为块体理论的变形和发展, 我国留美学者石根 华博士
提出 的 非 连 续 变 形 分 析 法 ( DDA, D iscontinuous Definition Analysis) , 是与有限元的连续变形分析 方法相平行 的一种 新 的非连续变形方法。与 有限元 不同之 处是可 以计算 不连 续
岩石动力学专门研究在各种冲击载荷作用下 , 岩石产 生 的应力、应变、位移、裂隙和破坏等效应。在研究冲击载荷 作 用下的岩石动力学问 题时, 必须触 及两方 面的 问题, 即已 知 材料的动态力学性质, 在给 定的外 载条件 下研 究介质 运动, 称为应力波传播规律的研究; 利用应力波传播来研究岩石 本 身在高应变率下的动态力学性质, 称为材料的力学性质及 本 构方程的研究。当前的 一些研 究热点 是: 传播 应力、应变 变 化的应力波和应力场; 岩石 动载特 性研究 方法; 岩石 动态 力 学性质及本构关系; 岩石的 动态断 裂准则; 岩 石动力 学在 工 程上的应用。
研究中的应用等, 得到了迅速的发展, 分别论述如 下。
3 裂隙岩体爆破研究
就爆破对象岩体而 言, 其 与均质 岩石 有着 本质的 区别。 岩体内有众多的结构面, 结构面的存在构成了裂隙岩体与 均 质岩体的本质差别。因 此, 研究裂隙 岩体 的爆 破作用, 均 应 考虑结构面对爆破的影响。 3. 1 裂隙岩体爆破破碎机理
第7卷 第4期 2005 年 12 月
Hale Waihona Puke Baidu
辽宁科技学院学报 JOU R NAL OF L IAO NI NG INST IT UT E OF SCIEN CE AN D T ECHN OL OGY
文章编号: 1008- 3723( 2005) 04- 0001- 06
裂隙岩体爆破理论研究进展
V ol. 7 N o. 4 Dec. 2005
问题还有待于深入研究。 视裂隙岩体为非连续介质的研究
该类 观 点 的 主 要 的 研 究 方 法 是 离 散 元 法 ( Caudal, 1990) 、块体理 论( Goodman 和 石根 华, 1985) 和刚 弹 法( 川 井忠彦等, 1981) 。离散元法属于一种动 态分析的方法, 它考 虑块体受力后的运动以及 由此导 致受力 状态及 系统随 时间 的变化。以后又发展到考虑块体本身的弹性变形, 并 推广到 三维和动力问题。块体理 论实质 上是 种 块体运 动的 几何 分析方法, 它仅考虑初 始块体 的运动, 而不 涉及块 体系 统的 后续运动。采用全空间赤平投影和矢量分析两种方法, 给出 块体分析的步骤。刚一弹法则把岩块视为刚体块单元、块体
面开裂和旋转等大位移的静力和动力问 题。日本 学者 G. C. M a 等人采用不连续变 形分析 法模拟 了单自 由面的爆 破, 模 拟了裂隙的生成和自由面的位移过程, 并与高速摄影结果 进 行了对比, 二者吻合良好。小林茂雄等人采用不连续变形 分 析法对钢筋混凝土框架结构的爆破拆除进行了研 究, 并取 得 可喜的成果。DDA 是一 种新型 的数 值 方法, 用 于解 决台 阶 爆破岩块移动和建筑物失稳、倒塌问题更为有效。但是由 于 岩块的生成、边 界的判定和 方程的 求解都 有一 定难度, 因 此 寻求对单元形状进行简化的方法成为解决问题的 关键, 建 立 模型时还必然遇到很多难以确定的常数 取值问题。
从 20 世纪 60 年 代日野氏 提出冲 击波 拉伸破 坏理 论和 U . 兰格福斯 ( L ongefors) 等 人提 出爆 炸气 体膨 胀压 缩开 始, 到 70 年代 L . G 朗( Lo ng) 明确提出 爆破作用三 个阶段为 止, 历时十余年已基本确立狭义爆破理论的具体研究成果, 其主 要内容为: 1) 炸药爆轰后所产生的能量以两种方式传 递给岩 石, 一种是冲击波能, 占炸药爆炸总能量的 5% 15% ; 另一
何晓光1, 周传波2
( 1. 辽宁科技学院 教务处, 辽宁 本溪 117022; 2. 中国地质大学 湖北 武汉 430074 )
摘 要: 节理裂隙对岩体爆破效果有很大的影 响。本文 从裂隙 岩体爆 破、冲 击荷载 作用下 岩石特 性、岩 体爆破 数值模 拟
等方面论述、评价了岩体爆破理论的研究现状 。在其基 础上对节理岩体的质量综 合评价、力学模型 的研究、数值模 拟的研究、
理论与试验相结合等方面的发展趋势提出了几点看法。
关键词: 裂隙岩体爆破; 爆破理论; 数值模拟
中图分类号: T Q 560. 7
文献标识码: A
1 问题的提出
从发展历程来看, 随 着爆破 技术及 其相 关学科 的发 展, 爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩石动力学、岩 体结构力学及数值模拟和动态测试技术的发展, 为爆 破理论 的研究提供了科学、系统、有效的研究手段。但总体上看, 爆 破理论的发展仍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体特 征的模 糊、不确定性, 致使爆 破理 论众 说纷 纭。美国 矿业 局 W. L . F aurney 等人认为: 岩石破 碎的过 程仍 然没 有阐明, 在 公开 文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点 。南非矿 业研究 会高级工程师 J. R. Brinkman 也谈到: 岩石爆破破碎 机理目 前仍存在着相互矛盾的观点 。
4 冲击荷载作用下岩石动载特性研究
炸药爆炸时爆轰波波阵面上的压力 为 5~ 6G Pa, 波阵 面 速度 5000~ 5500m/ s, 载 荷作 用时 间仅 有十 几至 几十 微秒。 在如此高温、瞬 时加载条件 下, 岩石明 显地表 现出不 同于 静 载的力学性质, 即应变率 特性。根据 计算, 深 孔台阶 爆破 时 岩石破坏区产 生的应 变率 = ( 8~ 9) 103 / s, 故研 究应 变率 < 104/ s 条件下的岩石动载 特性对于研究爆破破碎岩石理论 有 重要意义。 4. 1 研究的内容
2
辽宁科技学院学报
第7卷
体, 炸药爆炸产生的膨 胀气体 对岩石 破碎作 用很小, 只 是当 应力波与结构面相互作用, 将岩石破碎成块以 后, 气体嵌 入、 贯穿其中, 才起到促使 岩石破 碎分离 的作用; 4) 爆 炸载 荷作 用时间长短, 对裂隙的成长有很大的影响。缓慢的作 用载荷 有利于裂隙的贯通和形成较长的裂隙。而高应变率、短时间 载荷, 容易产生较多数量的裂隙, 却抑制了裂隙的贯通, 只产 生短裂隙; 5) 岩体的最 终破碎、分离 是爆炸 应力波 与膨 胀气 体共同作用的结果。在裂隙岩体的破碎过程中, 应力 波的作 用是非常重要的。但是, 也不能 忽视爆 炸气 体的膨 胀作 用。 若没有爆炸 气体的膨胀 作用, 岩体只 可能破 裂而不 能破 碎、 分离。 3. 2 裂隙岩体爆破的数值模型
交稿时间: 2005- 05- 10 作者简介: 何晓光( 1964- ) , 男, 辽 宁黑 山县 人, 辽 宁科 技学 院教务处副教授。
种是爆炸气体膨胀能, 占 50% 以上; 2) 就岩 石爆破 破坏范 围 来看, 当药包表 现为岩体内 部作用 时, 从药包 中心向 外分 为 粉碎圈、压裂圈和震动圈。 粉碎圈内, 岩 石被 强烈粉 碎并 产 生较大的塑性变形, 形成一系列与径向方向成 45 的滑移面。 压裂圈内, 炸药 能量消耗于 岩石的 压缩和 破裂, 形成 幅射 状 的径向裂隙和环状的 切向应 力。震动 圈内岩 石不产 生任 何 破坏, 只发生震 动, 其强 度随距 爆炸中 心的距 离增大 而逐 渐 减弱, 以致完全消失。当药 包表现外 部作 用时, 由于 反射 拉 伸波的作用, 在岩体自由 面附近 产生岩石 片 落 现象, 若 反 射拉伸波已经衰减到不足以引起片落时, 使原先存在于径 向 裂隙梢上的应力场 得到加 强, 故 裂隙继 续向 前延 伸。同时, 多余的能量使碎块脱 离母体 而抛掷, 形成 爆破漏 斗; 3) 就 炸 药爆炸作用过程来说, 分为 三个阶 段, 即冲击 波径向 压缩 阶 段; 应 力波反射、拉伸阶段; 爆炸气体膨胀阶段。无论是冲 击 波拉伸破坏理论, 还是爆炸 气体膨 胀压破 坏理 论, 就 其岩 石 破坏的力学作 用而 言, 均 是拉 伸破 坏。4) 在 岩石破 碎过 程 中, 有五种作用模式: 炮孔周围岩石的压碎作用; 径向破碎 作 用; 卸载引起 的岩 石内 部破 裂作 用; 反 射拉 伸波 引起 的 片 落 和引起径向裂隙延伸; 爆炸 气体扩 展应变 波所产 生的 裂 隙上世纪八十年代以来, 狭义爆破理论研究成果的基本格 局 没有变化, 而广义爆破理论的内容, 特别是裂隙岩 体爆破、爆 炸荷载作用下岩石动 载特性 以及爆 破数值模 拟在爆 破理 论
因此, 在爆破理论迅速发展, 又众说纷纭、没有公 认结论 的当今, 回顾一下爆破 理论的 发展历 史, 探 讨爆破 理论 研究 进程和方向, 对于推动爆破理论和技术的进一步发展 是很有 必要的。
2 爆破理论的研究内容与主要成果
爆破用于土木工程作业始于 17 世纪。在其发展 的漫长 过程中, 出现了狭义和广义的爆破理论。前者只研究 使岩石 破碎的载荷特征; 外载作用下的破碎规律以及影响其 破碎的 诸多因素。随着对爆破现象认识的加深, 人们对爆破 理论的 研究内容也相应扩大, 出现了广义的爆破理论 。其研 究内容 包括: 爆轰波理论; 岩石特 性, 含 岩体结 构, 构造特 征和 岩石 动力学性质 及其对爆破 效果的影 响; 炸药能 量利用 率; 岩石 的动态断裂 与破坏; 计 算机爆 破模拟, 爆破 块度和 爆堆 形态 预测等内容。
资料归纳表明, 已有的裂隙岩体爆破破碎规律可概括 如 下五个方面: 1) 裂隙岩体 的破碎, 主要 是应力 波与结 构面 相 互作用的结果。在应力波达到自由面的同时, 初始的岩块 尺 寸已被划定。应力波不只使岩石在自由面产生片 落, 而且 通 过岩体原生裂隙激发出新的裂隙, 或者促使原生裂隙进一 步 扩大; 2) 在裂隙岩体的传 播过程 中, 应 力波在 裂隙之 间传 播 会产生新的破裂。应力波作用阶段的破碎过程是 : 原有裂 隙 的触发; 裂隙生长、贯 通; 岩 岩石破 裂( 破碎) ; 3) 对于 裂隙 岩
视裂隙岩体为连续介质的研究 随着细观力学的引入, 断裂力学和损伤力学近年 来也有 很大的发展 。断裂力 学方法 把岩体 不再看 作完全 连续 的均 质体, 而看成含有众多裂隙的裂隙体。裂隙体的稳定 性取决 于应力状态 , 通过统计 不同长 度的裂 纹数和 裂纹密 度, 即可 求出岩石的 破坏 程度及 其分 布。成 功的 范例 就是 M argolin L . G. 提出的 BCM 层 状裂纹 岩石爆 破模型。这 种方法 的局 限性主要是 裂纹形态的 假设, 多裂纹 条的相 互作用, 断 裂韧 度的尺寸效应。 损伤力学是研究材料内部微缺陷的产生、扩展和 汇合所 产生的力学效应。它把岩体中的节理、裂隙看作存在 于岩体 介质中的一个初始损伤, 通过损伤张量来描述岩体性 能的劣 优。当损伤值 达到 其 临界 值时, 宏观 裂隙 就 会形 成。1987 年 J. S. Kuszmaul 提出的 T CK 模型就是这方面的代表。 从物理 机制上 看, 损伤 力学 和 断裂 力学 是 有本 质 联系 的, 介质材料的损伤和断裂反映了材料变形破坏的物 理全过 程。但是, 用损伤力学研究岩石的爆破损伤问题的关 键是如 何定义材料 的损伤能量、损伤 演化规 律, 以 及如何 正确 地给 出损伤能量及其演化规 律的材 料动态 本构关 系。这方 面的
之间由具有相应刚度的 弹簧( 阻尼 器) 连接, 形成总 的系 统, 由卡氏定理建立相应的 基本方 程。上述三 种方法 近年 来都 有较大发展 , 特别是块 体理论 与其他 方法相 结合, 在岩 石力 学和边坡稳定方面取得很大进展。
作为块体理论的变形和发展, 我国留美学者石根 华博士
提出 的 非 连 续 变 形 分 析 法 ( DDA, D iscontinuous Definition Analysis) , 是与有限元的连续变形分析 方法相平行 的一种 新 的非连续变形方法。与 有限元 不同之 处是可 以计算 不连 续
岩石动力学专门研究在各种冲击载荷作用下 , 岩石产 生 的应力、应变、位移、裂隙和破坏等效应。在研究冲击载荷 作 用下的岩石动力学问 题时, 必须触 及两方 面的 问题, 即已 知 材料的动态力学性质, 在给 定的外 载条件 下研 究介质 运动, 称为应力波传播规律的研究; 利用应力波传播来研究岩石 本 身在高应变率下的动态力学性质, 称为材料的力学性质及 本 构方程的研究。当前的 一些研 究热点 是: 传播 应力、应变 变 化的应力波和应力场; 岩石 动载特 性研究 方法; 岩石 动态 力 学性质及本构关系; 岩石的 动态断 裂准则; 岩 石动力 学在 工 程上的应用。
研究中的应用等, 得到了迅速的发展, 分别论述如 下。
3 裂隙岩体爆破研究
就爆破对象岩体而 言, 其 与均质 岩石 有着 本质的 区别。 岩体内有众多的结构面, 结构面的存在构成了裂隙岩体与 均 质岩体的本质差别。因 此, 研究裂隙 岩体 的爆 破作用, 均 应 考虑结构面对爆破的影响。 3. 1 裂隙岩体爆破破碎机理
第7卷 第4期 2005 年 12 月
Hale Waihona Puke Baidu
辽宁科技学院学报 JOU R NAL OF L IAO NI NG INST IT UT E OF SCIEN CE AN D T ECHN OL OGY
文章编号: 1008- 3723( 2005) 04- 0001- 06
裂隙岩体爆破理论研究进展
V ol. 7 N o. 4 Dec. 2005
问题还有待于深入研究。 视裂隙岩体为非连续介质的研究
该类 观 点 的 主 要 的 研 究 方 法 是 离 散 元 法 ( Caudal, 1990) 、块体理 论( Goodman 和 石根 华, 1985) 和刚 弹 法( 川 井忠彦等, 1981) 。离散元法属于一种动 态分析的方法, 它考 虑块体受力后的运动以及 由此导 致受力 状态及 系统随 时间 的变化。以后又发展到考虑块体本身的弹性变形, 并 推广到 三维和动力问题。块体理 论实质 上是 种 块体运 动的 几何 分析方法, 它仅考虑初 始块体 的运动, 而不 涉及块 体系 统的 后续运动。采用全空间赤平投影和矢量分析两种方法, 给出 块体分析的步骤。刚一弹法则把岩块视为刚体块单元、块体
面开裂和旋转等大位移的静力和动力问 题。日本 学者 G. C. M a 等人采用不连续变 形分析 法模拟 了单自 由面的爆 破, 模 拟了裂隙的生成和自由面的位移过程, 并与高速摄影结果 进 行了对比, 二者吻合良好。小林茂雄等人采用不连续变形 分 析法对钢筋混凝土框架结构的爆破拆除进行了研 究, 并取 得 可喜的成果。DDA 是一 种新型 的数 值 方法, 用 于解 决台 阶 爆破岩块移动和建筑物失稳、倒塌问题更为有效。但是由 于 岩块的生成、边 界的判定和 方程的 求解都 有一 定难度, 因 此 寻求对单元形状进行简化的方法成为解决问题的 关键, 建 立 模型时还必然遇到很多难以确定的常数 取值问题。
从 20 世纪 60 年 代日野氏 提出冲 击波 拉伸破 坏理 论和 U . 兰格福斯 ( L ongefors) 等 人提 出爆 炸气 体膨 胀压 缩开 始, 到 70 年代 L . G 朗( Lo ng) 明确提出 爆破作用三 个阶段为 止, 历时十余年已基本确立狭义爆破理论的具体研究成果, 其主 要内容为: 1) 炸药爆轰后所产生的能量以两种方式传 递给岩 石, 一种是冲击波能, 占炸药爆炸总能量的 5% 15% ; 另一
何晓光1, 周传波2
( 1. 辽宁科技学院 教务处, 辽宁 本溪 117022; 2. 中国地质大学 湖北 武汉 430074 )
摘 要: 节理裂隙对岩体爆破效果有很大的影 响。本文 从裂隙 岩体爆 破、冲 击荷载 作用下 岩石特 性、岩 体爆破 数值模 拟
等方面论述、评价了岩体爆破理论的研究现状 。在其基 础上对节理岩体的质量综 合评价、力学模型 的研究、数值模 拟的研究、
理论与试验相结合等方面的发展趋势提出了几点看法。
关键词: 裂隙岩体爆破; 爆破理论; 数值模拟
中图分类号: T Q 560. 7
文献标识码: A
1 问题的提出
从发展历程来看, 随 着爆破 技术及 其相 关学科 的发 展, 爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩石动力学、岩 体结构力学及数值模拟和动态测试技术的发展, 为爆 破理论 的研究提供了科学、系统、有效的研究手段。但总体上看, 爆 破理论的发展仍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体特 征的模 糊、不确定性, 致使爆 破理 论众 说纷 纭。美国 矿业 局 W. L . F aurney 等人认为: 岩石破 碎的过 程仍 然没 有阐明, 在 公开 文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点 。南非矿 业研究 会高级工程师 J. R. Brinkman 也谈到: 岩石爆破破碎 机理目 前仍存在着相互矛盾的观点 。
4 冲击荷载作用下岩石动载特性研究
炸药爆炸时爆轰波波阵面上的压力 为 5~ 6G Pa, 波阵 面 速度 5000~ 5500m/ s, 载 荷作 用时 间仅 有十 几至 几十 微秒。 在如此高温、瞬 时加载条件 下, 岩石明 显地表 现出不 同于 静 载的力学性质, 即应变率 特性。根据 计算, 深 孔台阶 爆破 时 岩石破坏区产 生的应 变率 = ( 8~ 9) 103 / s, 故研 究应 变率 < 104/ s 条件下的岩石动载 特性对于研究爆破破碎岩石理论 有 重要意义。 4. 1 研究的内容
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辽宁科技学院学报
第7卷
体, 炸药爆炸产生的膨 胀气体 对岩石 破碎作 用很小, 只 是当 应力波与结构面相互作用, 将岩石破碎成块以 后, 气体嵌 入、 贯穿其中, 才起到促使 岩石破 碎分离 的作用; 4) 爆 炸载 荷作 用时间长短, 对裂隙的成长有很大的影响。缓慢的作 用载荷 有利于裂隙的贯通和形成较长的裂隙。而高应变率、短时间 载荷, 容易产生较多数量的裂隙, 却抑制了裂隙的贯通, 只产 生短裂隙; 5) 岩体的最 终破碎、分离 是爆炸 应力波 与膨 胀气 体共同作用的结果。在裂隙岩体的破碎过程中, 应力 波的作 用是非常重要的。但是, 也不能 忽视爆 炸气 体的膨 胀作 用。 若没有爆炸 气体的膨胀 作用, 岩体只 可能破 裂而不 能破 碎、 分离。 3. 2 裂隙岩体爆破的数值模型
交稿时间: 2005- 05- 10 作者简介: 何晓光( 1964- ) , 男, 辽 宁黑 山县 人, 辽 宁科 技学 院教务处副教授。
种是爆炸气体膨胀能, 占 50% 以上; 2) 就岩 石爆破 破坏范 围 来看, 当药包表 现为岩体内 部作用 时, 从药包 中心向 外分 为 粉碎圈、压裂圈和震动圈。 粉碎圈内, 岩 石被 强烈粉 碎并 产 生较大的塑性变形, 形成一系列与径向方向成 45 的滑移面。 压裂圈内, 炸药 能量消耗于 岩石的 压缩和 破裂, 形成 幅射 状 的径向裂隙和环状的 切向应 力。震动 圈内岩 石不产 生任 何 破坏, 只发生震 动, 其强 度随距 爆炸中 心的距 离增大 而逐 渐 减弱, 以致完全消失。当药 包表现外 部作 用时, 由于 反射 拉 伸波的作用, 在岩体自由 面附近 产生岩石 片 落 现象, 若 反 射拉伸波已经衰减到不足以引起片落时, 使原先存在于径 向 裂隙梢上的应力场 得到加 强, 故 裂隙继 续向 前延 伸。同时, 多余的能量使碎块脱 离母体 而抛掷, 形成 爆破漏 斗; 3) 就 炸 药爆炸作用过程来说, 分为 三个阶 段, 即冲击 波径向 压缩 阶 段; 应 力波反射、拉伸阶段; 爆炸气体膨胀阶段。无论是冲 击 波拉伸破坏理论, 还是爆炸 气体膨 胀压破 坏理 论, 就 其岩 石 破坏的力学作 用而 言, 均 是拉 伸破 坏。4) 在 岩石破 碎过 程 中, 有五种作用模式: 炮孔周围岩石的压碎作用; 径向破碎 作 用; 卸载引起 的岩 石内 部破 裂作 用; 反 射拉 伸波 引起 的 片 落 和引起径向裂隙延伸; 爆炸 气体扩 展应变 波所产 生的 裂 隙上世纪八十年代以来, 狭义爆破理论研究成果的基本格 局 没有变化, 而广义爆破理论的内容, 特别是裂隙岩 体爆破、爆 炸荷载作用下岩石动 载特性 以及爆 破数值模 拟在爆 破理 论
因此, 在爆破理论迅速发展, 又众说纷纭、没有公 认结论 的当今, 回顾一下爆破 理论的 发展历 史, 探 讨爆破 理论 研究 进程和方向, 对于推动爆破理论和技术的进一步发展 是很有 必要的。
2 爆破理论的研究内容与主要成果
爆破用于土木工程作业始于 17 世纪。在其发展 的漫长 过程中, 出现了狭义和广义的爆破理论。前者只研究 使岩石 破碎的载荷特征; 外载作用下的破碎规律以及影响其 破碎的 诸多因素。随着对爆破现象认识的加深, 人们对爆破 理论的 研究内容也相应扩大, 出现了广义的爆破理论 。其研 究内容 包括: 爆轰波理论; 岩石特 性, 含 岩体结 构, 构造特 征和 岩石 动力学性质 及其对爆破 效果的影 响; 炸药能 量利用 率; 岩石 的动态断裂 与破坏; 计 算机爆 破模拟, 爆破 块度和 爆堆 形态 预测等内容。
资料归纳表明, 已有的裂隙岩体爆破破碎规律可概括 如 下五个方面: 1) 裂隙岩体 的破碎, 主要 是应力 波与结 构面 相 互作用的结果。在应力波达到自由面的同时, 初始的岩块 尺 寸已被划定。应力波不只使岩石在自由面产生片 落, 而且 通 过岩体原生裂隙激发出新的裂隙, 或者促使原生裂隙进一 步 扩大; 2) 在裂隙岩体的传 播过程 中, 应 力波在 裂隙之 间传 播 会产生新的破裂。应力波作用阶段的破碎过程是 : 原有裂 隙 的触发; 裂隙生长、贯 通; 岩 岩石破 裂( 破碎) ; 3) 对于 裂隙 岩