5岩石爆破作用理论课案.ppt

5 岩石爆破作用原理 §5.1 岩石的动态特性和可爆性 §5.2 岩土中爆炸应力波 §5.3 岩石爆破破碎机理 §5.4 爆破漏斗及利文斯顿爆破漏斗理论 §5.5 装药量计算原理 学习要点： 1、了解岩石爆破破碎机理的几种假说； 2、熟悉药包在岩石中的内部作用； 3、掌握药包的外部破坏作用与爆破漏斗的形成； 4、熟悉爆破漏斗要素与爆破作用指数理论； 5、掌握装药量计算原理。 总之， ?爆破理论的研究有了长足的进步。随着爆破技术和相关学科的发展，使 爆破理论的研究更实用化，更系统化了。主要表现在：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。 ?爆破理论的发展仍滞后爆破技术的要求。从总体上看，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。 ?理论观点存在争议和分歧。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。 60年代出现的信息论、控制论；70年代发展起来的突变论、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。 1）爆生气体膨胀作用理论 该学说从静力学观点出发，认为岩石的破碎主要是由于爆轰气体的膨胀压力引起的。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： 药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些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。当压应力在切向衍生的拉应力大于岩石的抗拉强度时，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。 2）爆炸应力波反射拉伸作用理论 该学说以爆炸动力学为基础，认为应力波是引起岩石破碎的主要原因。忽视了爆轰气体的破坏作用，其基本观点如下： 爆轰波冲击和压缩炮孔周围的岩壁，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传播同时形成裂隙，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处时停止。 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。 3）爆生气体和应力波综合作用理论 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。它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，更切合实际而为大多数研究者所接受。其基本观点如下： 爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物的压力和传播速度。 爆轰波首先作用于药包周围的岩壁上，在岩石中激发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“压碎”现象，应力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“楔入”在应力波作用下产生的裂隙中，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向抛掷运动。 说明： ① 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。 ② 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； ③ 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。 用岩石应力-应变关系曲线解释，图5.1。 上述四种情况是由低应力到高应力对应不同的应力波，药包在炮孔中 爆炸首先形成的是冲击波随后衰减为非稳态冲击波、弹塑性波、弹性应力 波和地震波，其解释类似，图5.2。 5.2.2 爆炸荷载下岩石的本构关系 在爆炸荷载作用下，岩石的(p、T、 )状态之间的关系，为岩石的本构关系。 即岩石的状态方程：p=p( ,T )。 鲍姆把炸药