第6章 岩土爆破理论

第6章 岩土爆破理论主讲教师：田运生

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

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。

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。

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

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。 1、应力波的分类 (1)按传播途径分类纵波P 体积波 应力波 横波S 瑞利波R 表面波 勒夫波L

(2)按波阵面形状分类 球面波 应力波 柱面波 平面波

(3)按传播介质变形性质分类 弹性波 黏弹性波 应力波 塑性波 冲击波

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

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。

(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

(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

P

P2 r

r

r re

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

(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。

(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。

1)应力波在自由面上的反射

自由面 反射纵波 入射纵波 反射横波

2)应力波在不同介质分界面上反射和透射

St Ⅱ Ⅰ Pi Sr Pr Pt

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

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。

6.4 岩石的爆破破碎机理6.4.1 岩石爆破破碎的主因破碎岩石时，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)。

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。

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；