岩石动力学与爆破技术12.ppt

岩土中爆炸的基本理论 孔隙度: 孔隙度η是指岩石中各孔隙的总体积V0对岩石总体积V的之比，用百分率表示 密度ρ: 构成岩石的物质质量M对该物质所具有的体积V-V0之比，即 波阻抗：岩石的密度ρ与纵波在该岩石中传播速度Cp的乘积。其物理意义是使岩石介质产生单位质点运动速度所需的应力波的应力值。 碎胀性：岩石破碎后,因碎块间孔隙增多而总体积增大，这一性质称为岩石的碎胀性。碎胀性可用碎胀系数K表示，其值为岩石破碎膨胀后的体积V1与原岩破碎前体积V之比，即: 爆炸载荷下岩石的力学反应 炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩石表面产生变形和运动。由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，以致于可在岩石表面形成冲击波，并在岩石中传播。 岩石中某局部被激发的应力脉冲是时间和距离的函数。由于应力作用时间短，往往其前沿才传播一小段距离而荷载已作用完毕，因此在岩石中产生明显的应力不均现象。 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而变化。 载荷与岩体之间有明显的“匹配”作用。 岩石动态弹性常数 岩石中爆炸冲击波 冲击波通过时，岩石类似于流体，波头上的状态参数发生突跃性变化，并满足冲击波的基本方程 岩石中的爆炸应力波 应力波的特征 应力波波形比较平缓，应力上升时间比应力下降时间短，应力波衰减慢，作用范围大(装药半径的120~150倍)。应力波以岩石中的声速传播，与波幅无关。 应力波参数 岩石中爆炸应力波参数主要包括应力峰值、作用时间、应力波冲量和应力波比能等。 应力峰值： 应力波传播特点 近炮眼处切向拉应力幅值几乎与 径向压应力幅值一样大，但随传 播距离增大，前者衰减比后者快； 无论是径向方向，还是切向方向， 最初出现的都是压应力，而后转 变成为拉应力，但在近炮眼处， 径向方向以压应力为主，切向方向以拉应力为主； 随距离增大，径向方向压应力和拉应力的幅值比值减小，而切向方向该比值则增大； 径向压应力幅值与切向拉应力幅值不在同一时刻出现，前者较早，后者较晚。 根据径向应力是压应力，还是拉应力，相应地将应力波称为压缩波和拉伸波。 应力波的反射和折射 炸药在岩体内直接激起的应力波主要是纵波，但可以有不同形式的波面形状。应力波在岩体中传播，当遇到自由面，层理断层和不同界面时，将发生反射和折射。 正入射时，入射波为纵波，反射和折射也都是纵波；斜入射时，不论入射是纵波还是横波，反射和折射都同时产生纵波和横波。 重要结论： 入射波为压缩波，遇到自由面时， 反射波必然为拉伸波。 岩石爆破破岩机理 一、岩石爆破破岩机理三种假说 1、爆生气体膨胀作用理论 2、反射拉伸应力波作用理论 3、爆生气体和应力波共同作用理论 岩石爆破破碎机理 爆生气体膨胀作用理论（静作用理论） 该理论认为使岩石破碎和抛掷的推力是炸药爆炸过程中建立起来的巨大的气体膨胀压力，这一假说完全忽视冲击波的作用。 实验基础：早期的黑火药爆破漏斗理论。 岩石爆破破碎机理 反射拉伸应力波作用理论（动作用理论） 该理论单纯强调冲击波的作用，认为岩石破碎是由于爆炸产生的压缩应力波从自由面反射而形成的拉伸应力引起的这种拉伸应力，从自由面朝向装药的位置将岩石成片拉裂。这种假说忽视了爆生气体的作用。 实验基础：杆件和板件实验。 岩石爆破破碎机理 3、爆生气体和应力波共同作用理论 该理论认为岩石的破碎是冲击波和爆生气体压力综合作用的结果。生产和试验研究证明，这种假说客观地、全面地反映了爆破破岩的机理。 实质：最初裂隙由应力波造成，随后爆生气体渗入裂隙，并在准静态作用下使裂隙扩展。 岩石按波阻抗的大小分类 高阻抗岩石 ：阻抗为15～25×106 g/cm3·cm/s 应力波为主 中阻抗岩石 ：阻抗为5～15×106 g/cm3·cm/s 共同作用 低阻抗岩石 ：阻抗为 5×106 g/cm3·cm/s 爆生气体为主 岩石爆破破碎机理 最小抵抗线：岩石内装药中心至自由面的垂直距离称为最小抵抗线，通常用W表示。 临界抵抗线Wc:岩石中弹性变形能和破碎能达到饱和状态时的抵抗线值。 爆破内部作用 当药包爆炸后，在自由面上不会看到爆破迹象。也就是说，爆破作用只发生在岩石的内部，未能达到自由面，药包的这种作用叫做爆破的内部作用。 爆破外部作用 当最小抵抗线小于临界抵抗线时，即不是在无限岩石中，而是在半无限岩石中装药爆破时，炸药爆炸后除发生