岩石爆破基础理论研究进展与展望Ⅲ——波纹关系

摘要

岩石爆破“三大关系（本构、动静、波纹）”是爆破理论研究的重要内容，爆炸应力波与裂纹的相互作用是影响岩石破碎效果的关键因素.本文围绕“炸药爆炸能量释放与爆炸裂纹扩展的精细控制原理”这一关键科学问题，聚焦爆炸应力波与静止裂纹（岩体中既有缺陷）的相互作用、爆炸应力波与爆炸裂纹的相互作用、爆炸应力波作用下裂纹间的相互作用、地应力与爆炸应力波耦合作用下的裂纹扩展等四个方面，深入探讨了不同爆炸应力波的传播方向和强度对裂纹扩展行为（包括裂纹扩展方向、速度和长度）的影响规律.现有研究发现爆炸应力波在静止裂纹处发生反射和衍射，产生“双马赫锥”现象，致使爆炸能量较多地积聚在静止裂纹周围，诱导静止裂纹周围产生损伤和破坏；爆炸膨胀波对迎面爆炸裂纹的扩展有抑制作用，剪切波对其扩展有促进作用，而在爆炸应力波与同向爆炸裂纹的相互作用过程中，爆炸膨胀波和剪切波对裂纹扩展速度的影响则相反；爆炸荷载下相向扩展的两条裂纹互为自由面，产生“咬合效应”，形成相互勾连的形状；地应力场能够促进平行最大主应力方向的爆炸裂纹扩展，抑制垂直最大主应力方向的爆炸裂纹扩展，且地应力场的主应力差值越大，爆炸裂纹沿最大主应力方向的扩展长度越长.研究成果可为优化爆破炮孔间距、延期时间等参数，实现精细调控爆炸裂纹扩展提供理论依据.

关键词

岩石爆破 / 爆炸应力波 / 静止裂纹 / 爆炸裂纹 / 裂纹相互作用

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52227805,51934001,52004290）