第5章 爆破工程岩石爆破基本原理.pptVIP

§5 岩石爆破基本原理 §5.1 爆破破碎原理 爆炸能量，使岩体产生变形和破坏。 了解爆炸荷载作用下岩体的变形与破坏规律，分析爆破破碎原理，指导爆破设计与施工。 便于实现低能耗、高效率破碎岩体的目的，并有效地控制爆破产生的各种危害。 爆破破岩原/机理，就是研究岩体在爆炸能作用下发生破碎的原理。 一、爆炸作用的基本原理 1.爆破破坏作用的基本观点 (1)爆轰气体破坏作用的观点 即爆轰气体膨胀推力作用理论（静作用理论） (2)应力波破坏作用的观点 即爆炸应力波反射拉伸作用破坏理论（动作用理论） (3)应力波和爆轰气体共同作用的破坏观点 即爆轰气体和应力波综合作用理论 岩石的破坏是爆生气体和冲击波(应力波)共同作用的结果，它们各自在岩石破坏过程的不同阶段起重要作用，其基本观点如下： ①首先，冲击波使炮孔壁近区岩石被“压碎”，压碎区以外造成径向裂隙。 ②其次，爆生气体产生“气楔作用”，使裂隙进一步延伸和张开；当爆生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，直到能量消耗完。 说明1: 对于不同性质的岩石和炸药，应力波与爆生气体的作用程度是不同的。 (1)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； (2)在松软岩石、低猛度炸药、装药不偶合系数较大的条件下，爆生气体的破坏作用是主要的。 §5.2 单个药包及成组的爆破作用 一、单个药包爆破的内部作用 (无限均匀岩石介质中的爆破作用) 1. 定义 药包爆炸后，只在岩石内部产生破坏和变形，而地表(自由面)不出现明显破坏，这种作用称为爆破的内部作用。 概念要点：岩石内部有破坏，地表未破坏。 基本假定 ：①药包是球形的； ②药包放在无限介质中； ③介质是均匀的各向同性。 2.岩石的破坏特征 ①药室被扩大，形成一个空腔； ②产生了径向、环向裂隙,以及剪切裂隙； ③距药包较远处，岩石完好无损。 3.岩石破坏的原因 ① 药室扩大为空腔的原因 ②产生径向裂隙的原因 ③产生环向裂隙的原因 ④产生剪切裂隙的原因 在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还受到径向应应力和切向应力的的共同作用,进而产生剪切裂隙。如下图所示。 4. 岩石的分区 根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为三个区： ① 压缩（粉碎）区（近区） 形成的空腔称为压缩区。 说明：a.压缩区又称为粉碎区； b.压缩区消耗了大部分爆炸能量。 ② 破裂区（中区） 产生径向、环向裂隙的岩石范围,称为破裂区。岩石的爆破破坏主要为破裂区。 ③ 震动区（远区） 破裂区以外的岩石范围，称为震动区。 特点：岩石不会发生破坏，但会发生弹性变形。爆炸应力波衰减为地震波。 在学习爆破的内部作用时，应注意以下几点： ① 拉力破岩。 ② 爆破过程中，当裂隙与空腔贯通后，爆生气体会迅速膨胀，产生“气楔作用”，使原有裂隙继续向前扩展和进一步张开。 二、单个药包爆破的外部作用 (半无限岩石介质中的爆破作用) 1.定义 药包爆炸后，地表(自由面)出现了明显破坏的爆破作用，称为爆破的外部作用。 2.爆破外部作用下岩石破坏的特征 出现(贯穿)裂隙、形成爆坑、出现飞石。 3.爆破外部作用下岩石破坏的原因 也就是药包在自由面附近爆炸时，岩石是怎样破坏的。又称自由面的破坏作用。 (1)反射拉应力波引起自由面岩石破坏(片落) 即由霍布金森效应引起的破坏。 ①当入射压应力波传播到自由面时，一部分或全部反射回来成为同传播方向正好相反的拉应力波，拉应力超过岩石的抗拉强度时，发生片落现象。这种效应叫做霍布金森(Hopkinson)效应。 ②霍布金森(Hopkinson)效应的破碎机理 a.应力波的合成 入射压应力波与反射拉应力波叠加后合成拉应力波。如下图所示 b.岩石表面片落过程 如下图所示。 图a:岩体中传播的压应力波； 图b：第1次片落； 图c：第2次片落； 图d：片落终止。 (2) 反射拉应力波引起径向裂隙的延伸 (3)自由面改变了岩石中的准静态应力场 爆生气体膨胀压力在炮孔周围形成的应力场，称为准静态应力场。 岩石质点速度在自由面方向上最大，不同方向上位移阻力不等?剪切应力?剪切破坏岩石。 三、爆破漏斗 1.定义 靠近地表埋置的炸药爆炸时，使附近岩石破坏，并将部分破碎了的岩石向上或两侧抛掷，在地表形成一个漏斗形状（倒圆锥形）的爆坑，这个坑就称为爆破漏斗。如下图所示。 2.爆破漏斗的形成过程 炸药包爆炸后，首先，爆轰波（冲击波）和高温高压爆生气体骤然膨胀对药室岩壁产生强烈冲击（压缩）→粉碎压缩区 随后，产生的爆炸冲击波（压应力波）径向压缩岩体而产生位移，引起岩体切向拉伸→径向裂隙； 当压应力波达到地表面时，反射生成拉应力波→ 地表面出现了（片落）飞片； 而受压处