改进的广义Bingham岩石蠕变模型

基金项目

作者简介

江西吉安人博士生

主要从事岩石力学研究

改进的广义岩石蠕变模型

周家文土木工程学院江苏

南京

摘要

基于岩石全自动流变伺服仪上得到的绿片岩三轴流变试验数据

衰减蠕变和加速蠕变阶段特征的非线性函数引入到广义得到一个新的非线性蠕变模

型

通过绿片岩流变数据对新的非线性蠕变模型的参数进行辩识得到了蠕变模型的材

料参数

对蠕变模型计算结果和试验结果的比较表明

稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段证明了该模型的正确性和合理性

关键词

岩石力学

广义本构方程非线性函数

前人在研究岩石的应力

应变曲线基础

采用各种简单蠕变元件的组合提出了许多岩石的蠕变模型

如

在众多的模型中西原模型模型的改进取得了很好的研究成果应变特征曲

文献

本文通过对三再把定义的非线性函数引入到广义

岩石蠕变现象及其分析

图是利用岩石全自动流变伺服仪得到的锦屏一级水电站绿片岩典型三轴流变全程曲线其围压为

该阶段岩石的蠕变速率基本不会蠕变速率迅速增加从图可以知道在蠕变的初始阶段

绿片岩蠕变全程曲线

当蠕变进入稳态阶段

改进的广义蠕变本构方程的建立

一般来说

本文则基于广义通过引入能够表现衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段的非线

性函数到广义

广义

和一个塑性体

串

式中

和

而实际上岩石的蠕变并不是一个线性函数它在衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段均表现出明显的非线性特征

广义

模型并不能对岩

段和加速蠕变阶段的非线性函数来对广义修正这里分别定义对衰减蠕变阶段和加速蠕变阶段作用的两个非线性

对衰减蠕变阶段作用的函数

当

到达某一时刻之后就使得

对加速蠕变阶段作用的函数

其中的

式中

图

中

为稳态蠕变向加速蠕

到广义

加速蠕变阶段

则

把上面所定义的两个非线性函数引入到广义程中构造新的蠕变方程

其非线性蠕变方程如下式

模型进行数学上的证明

图

岩石蠕变模型的特性曲线

当

其不能很

上面所建立的岩石改进的广义

是通

过引入对时间的非线性函数到广义

改进蠕变模型的参数确定和验证

对图

时刻的蠕变数据求出

和

变阶段的试验数据来求解控制衰减蠕变的材料参数

的试验数据来求解控制加速蠕变阶段的材料参数

最后岩石改进的广义

采用上述本构方程得到的材料参数如表

表

改进的广义

?

?

?

?

图岩石蠕变模型与试验结果比较利用上述材料参数来计算岩石的蠕变值

图给出了改

进的蠕变模型和全自动流变伺服仪上得到的试验结果的比

图中还给出了广义模型计

由图可见上面建立的蠕变本构方程与

对影响衰减蠕变阶段的

和加速蠕变阶段的进行分

图

中给出了

和

和

从图只有

在时进入稳态蠕变阶段

当时

在

随着蠕变参数

当只有

石的加速蠕变速度随着

蠕变参数对全程蠕变曲线的影响

结语

基于广义

个非线性函数到广义的通过试验数据对模型参数进

行了确定并将改进的蠕变模型计算结果与试验结果相比较通过对影响衰减蠕变阶段的和加速蠕变阶段的

随着岩石的加速蠕变速度

参考文献

孙钧

谢和平

王思敬

曹树刚边金李鹏

曹树刚边金李鹏

邹友平邹友峰郭文兵

邹友平郭军杰邹友峰

杨春和陈峰曾义金

陈卫忠朱维申李术才

剡公瑞周维垣杨若琼

秦跃平等

朱维申程峰

岩石爆破破碎机理研究

黄志强 （桂林工学院，广西，桂林541004） 【摘 要】岩体的软弱层面会影响到爆破破碎效果，如何确定岩石材料的缺陷在爆破破碎中的影响因子是研究岩石破碎机理的关键。通过对当前岩石爆破破碎的研究现状进行综合分析、评述，讨论了岩石爆破破碎机理研究的要点以及今后的研究重点，为后续相关研究指出了方向。 【关键词】岩石破碎；爆破机理；损伤 【中图分类号】TD231.1 【文献标识码】A 【文章编号】1008-1151(2007)12-0086-02 岩石爆破的破碎效应是影响交通土建、水利、矿山等工程效益的重要指标，它影响到生产过程中的铲装、运输和粗碎等工序的效率和成本，也影响到道路、堤坝等基础工程的渗透性、沉降性和稳定性。因此，岩石爆破破碎理论的研究一直是岩石动力学和岩石爆破研究领域的一个热点问题，研究并揭示爆破作用下岩石破碎机理对促进爆破理论和相关技术的发展、提高工程质量和效益具有十分重要的理论和实际意义。 （一）当前研究成果 岩体由于其材料的特殊性，内部具有较多的节理、裂隙、层理等不连续层面，这些不连续面对爆破破碎效果会产生严重的影响，主要体现在应力集中、应力波反射增强、能量耗散、高压爆生气体外逸等。因此在岩石爆破设计、施工中如何处理岩石中的不连续面对爆破效果的影响，是当前研究岩石爆破破碎机理的主要问题。 国内外学者进行的大量研究指出：裂隙岩石的破碎是由爆炸冲击波与爆生气体共同作用的结果，但与均匀介质材料爆破相比，岩体的破碎主要是爆炸应力波作用的结果，裂隙岩体的爆炸气体膨胀压力较小，只是当应力波将岩石破碎成块以后，起到促使碎块分离的作用；应力波在裂隙岩体的传播过程中，在裂隙之间传播的扰动将会产生新的破裂；由于裂隙的发展速度有限，爆炸载荷的速率对裂隙的成长有较大的作用，而高应变率载荷容易产生较多的裂隙。 在此基础之上，当前的相关研究主要在两方面展开，一是追求普遍适用于各种爆破计算和分析、旨在建立相关计算模型的理论研究；一是结合一定工程实践，适用于一定范围的具体工程设计和参数优化的实验研究。在理论研究方面，从岩石破碎研究的发展历程来看，可将其分为弹性理论阶段、断裂理论阶段、损伤理论阶段和分形损伤理论4个阶段。 1.弹性理论阶段 弹性力学模型将岩石视为各向同性的均质、连续的弹性体，岩石在爆炸荷载作用下的破坏是因其内部最大应力超过岩石应力极限引起的。在破碎之前，岩石处于弹性状态。这种理论以弹性力学及有限元方法为基础，运用现代计算机技术可方便的简化工程问题、建立力学模型并加以分析计算。由于这种理论模型不考虑岩石的材料缺陷，其理论基础与实际情况有一定的差距。 2.断裂理论阶段 断裂力学模型认为岩石中的裂纹扩展及断裂破坏是影响岩石爆破破碎效果的主要因素。与弹性模型不同的是该类模型将岩石视为含有微裂纹的脆性材料，岩石的破化过程就是其内部裂纹产生、扩展和断裂的过程。但断裂力学模型仍将裂纹周围看作是均匀的连续介质，因而其仅适用于宏观裂纹形成之后的断裂阶段，对材料开始劣化到宏观裂纹形成之间的力学行为和物理过程并未进行分析描述，其适用范围只限于宏观裂纹已形成的有层理或沉积类岩石。 3.损伤理论阶段 1980年美国Sandia国家实验室的Kipp和Grady开始进行岩石爆破损伤模型的研究，他们认为岩石中存在着大量随机分布的原生裂纹，在爆破作用下部分原生裂纹将被激活并发生扩展，激活的裂纹数服从指数分布。他们运用损伤因子D表示这些岩石裂纹开裂及损伤程度。经过 Seamen、Grady、Kipp、Kus 等人的努力，最后，由 Throne 进一步完善建立了一个能 【收稿日期】2007-10-29 【作者简介】桂林工学院青年扶持基金项目，桂工院科［2007］4号 【作者简介】黄志强（1977－），男，四川武胜人，桂林工学院讲师，主要从事工程力学相关科研工作。 岩石爆破破碎机理研究

岩石爆破技术的现状与发展

岩石爆破技术的现状与发展 要：结合笔者对爆破技术的研究，对近几年来国内外较为先进的岩石爆破技术的理论及控制爆破技术方面进行简要的介绍，随着岩石爆破技术的不断发展，爆破工程机械化程度的提高，人们对工程爆破作业有害效应更加的专注。岩石爆破技术的发展对爆破施工发挥起到了重要的作用。 关键词：岩石爆破技术；爆破理论；现状；发展 在破岩的过程中采用最为普遍也是效果最好的手段就是爆破。岩石爆破技术的发展不仅仅取决机械设备、测量工具等硬件设备的发展，而且还需要依托爆破理论学、岩石力学等方面的理论成果。随着岩石爆破技术的不断发展以及爆破力学的不断深入，以及测量设备的不断改进、计算机技术在爆破中的普及应用，推动了我国爆破技术向着机械化、智能化方面发展，其只要体现在下面几个方面：一是岩石爆破中使用的各种机械设备逐渐的完善，爆破施工的机械化水平快速发展；二是在对岩石等相关材质的分析上广泛的采用了全新的扫描技术和分析处理技术，根据分析出的岩石的性质来选择与之相符的爆破方案；三是爆破的规模在不断的扩大，爆破的工艺也在不断的更新；四是在爆破的过程中更多的考虑到了环境保护，采用各种控制爆破技术，尽可能的降低岩石爆破对环境及生态造成的影响。五是在岩石爆破过程中开始普遍的应用计算机进行辅助爆破，或者进行计算机模拟爆破，特别是将计算机与GPS 定位系统结合之后发展了数字钻爆系统。这些方面的特点都对我国岩石爆破技术的发展起到深远的影响。

1 岩石爆破理论 所谓的岩石爆破就是利用炸药在爆炸的过程中产生的能量来破碎岩石的方法。岩石爆破理论可以系统的分为两个部分来进行概述：一是岩体中的爆破应力波，岩土在炸药爆炸的过程中，岩体会收到冲击和扰动，而在岩体中传播的波，在波的影响下岩体的内在状态会随之发生变化，因此我们将在固定中传播的扰动波称之为应力波；二是岩石爆破破碎机理，爆破机理的研究是一个较为复杂的课题，由于岩石爆破是也在一个高压、高温、高速的三高环境下发生的，在现有的科技条件下是无法进行测试的，而岩石的状态又是不定的，目前也找不到一个合适的状态方程来对岩石的变化进行科学合理的描述，因此，对岩石爆破作用机理的研究还仅仅停留在定性的阶段，现在实际采用的都是多年积累的经验，并没有科学的根据。虽然这个两种不通的机理，但是在实际的爆破过程中这两者都发挥着作用，只是在不通岩石材质下两者发挥的作用程度不一样。 岩石得以破坏是因为在爆破的过程中产生的应力超过了岩石本身多能够承受的最大限度，岩石的破坏与爆炸时产生的能量大小和岩石的力学特性有着紧密的联系。也就是说，要想对岩石进行破坏，在假定装药的型号、形式及自由面相同的条件下，药包装药的多少只要是由岩石的力学特性决定的。在岩石爆破技术的研究过程中，岩石的力学特性与爆破破碎的关系一直都是研究的一个重点。在一定程度上岩石的力学特性决定了这次岩石爆破的难易程度，它主要表现在岩石的抗压、抗拉、抗剪等方面。炸药的单耗与岩石的这些特性是成正比关系的，对于大多

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究 流变学作为力学的一个分支,主要研究材料在应力、应变、温度、辐射等条件下与时间因素有关的变形规律,所涉及的内容包括蠕变、应力松弛和弹性后效等。蠕变是影响岩体稳定性的一个重要因素。 软弱岩石在受到较低水平的应力作用时,就会产生明显的蠕变现象,如软岩巷道中的底鼓,即使是很坚硬的岩体,在高应力作用下同样会产生蠕变,从而影响到工程的功能和使用。因此,需要对岩石材料的蠕变行为进行深入研究,力求从本质上揭示其蠕变行为的特征。 本文通过实验研究和理论分析,得到了盐岩的基本力学参数,并研究了盐岩在不同应力条件下的力学特性和蠕变行为。以经典蠕变模型为基础,结合分数阶微积分理论,构建了一个新的蠕变模型,并利用盐岩、泥岩和煤岩的蠕变实验数据对其进行了验证。 (1)对盐岩材料进行了多组单轴和三轴压缩实验,并在每组实验中选取三个试样重复进行实验,以此来降低实验的随机性和试样个体的差异性。结果三个试样的测试结果比较接近,此批试样的个体差异性较小。 此外,常规压缩实验的结果还表明随着围压的增大,抗压强度和最大应变会随之增大。(2)在单轴蠕变实验中,选取了四个轴压水平来进行实验,分析了不同轴压对蠕变的影响。 当轴压水平越大时,加速蠕变阶段就会越早地出现,并且稳定蠕变应变率也会越大。与单轴蠕变相比,当材料受到一个较小的围压作用时,其蠕变行为也会发生巨大的变化,例如蠕变应变率大幅下降、蠕变时间大幅增长、加速蠕变阶段缺失等。

(3)通过分析不同应力条件下的蠕变应变率可以发现,稳定蠕变应变率与轴压大小呈线性关系,加速蠕变应变率与轴压大小也呈现出正相关性。此外,蠕变等时曲线表明随着时间的延长,轴压大小对蠕变的影响会越来越明显。 相反,围压会明显地降低蠕变应变率并抑制蠕变行为的发展。(4)结合分数阶微积分理论构建了一个新的非线性蠕变模型,并利用广义塑性力学理论和张量分析理论对新模型在三轴应力状态下的蠕变方程进行了推导。 以盐岩实验数据为基础,对蠕变模型的参数进行了辨识,并验证了模型的准确性。此外,利用泥岩和煤岩的蠕变实验数据对模型的适用性进行了验证,结果表明新模型可以应用于模拟多种岩石材料的蠕变全过程,具有较为广泛的适用性。

爆破技术的发展现状以及发展趋势样本

爆破技术的发展现状及发展趋势 采矿10-1高宇 10010 2 摘要: 随着爆破技术和相邻学科的发展, 爆破理论的研究也有了长足的进步。特别是岩体结构力学、岩石动力学和计算机模拟爆破技术的发展, 使爆破理论的研究更实用化, 更系统化了。 关键字: 爆破技术爆破理论 引言: 当今岩体力学已从以材料力学为基础的连续介质岩体力学发展为以工程地质为基础的非连续介质岩体力学。岩体结构面特征对爆破的影响日益引起人们的重视。 岩石动力学作为爆炸力学、冲击力学与爆破工程相结合的一门边缘学科, 它的产生和发展无疑对岩石爆破破碎原理的研究是一种推动力量。 计算机模拟爆破技术的发展, 不但能够预算出最优的爆破效果, 而且能够在计算机上再现岩石爆破的动态过程, 从而大大减少现场试验所消耗的人力、物力, 并能准确地查明各种因素对爆破效果的影响。它代表着90年代爆破技术的最高水平, 也是爆破技术由工艺过渡到科学的重要标志之一。可是, 从总体上看, 爆破理论的发展依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。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法, 争论不止。美国矿业局W．L．福尔内( Faurney) 等人认为: ”岩石破碎的过程依然没有阐明, 在公开文献中尚有许多混乱和相互矛盾的论点……”南非的C．V．B．坎宁安( Cunninghan) 在论及岩石爆破过程中动压与静压哪个占主导地位时谈到”60年代以来, 一直为人们所争论, 毫无疑问, 今后仍将争论一段时间”。南非矿业研究会高级工程师J．R布里克曼( Brinkman) 在 1987年召开的第二届爆破破岩国际会议( 2nd International Symposium on Rock Fragmentation byBlasting) 上谈到: ”岩石爆破破碎机理当前仍存在着相互矛盾的观点”。

博士论文 岩体爆破理论模型研究的意义

武汉大学 博士学位论文 岩体爆破理论模型与应用研究 研究生姓名： 指导教师姓名、职称：教授 学科专业名称：岩土工程

研究方向：工程爆破 2005年4月日

Theory Model of Rock Mass Blasting and Its Application Ph.D.Candidate: Yao Jinjie Mentor: Prof.Zhu Yiwen April,2005

郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文如有剽窃、抄袭、假造等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律后果和法律责任，特此郑重声明。 学位论文作者(签名)： 年月日

摘要 本文对岩体爆破的理论模型及其应用进行了研究。在回顾岩体爆破理论模型研究发展的历史和成就的基础上，建立了一种新的爆破损伤统计演化理论模型、建立了爆破参数设计的神经网络模型、建立了损伤岩体控制爆破的计算模型、建立了爆破器材优化的理论模型，理论模型用于生产实践取得了初步成果。 人类进行岩石爆破的历史已经有二百多年，岩体爆破是目前岩土工程中对岩石开挖所采用的最有效的主要方法，岩石爆破技术在国民经济建设的很多领域得到了广泛应用；在目前迅速发展的国民经济建设中，爆破工程的应用程度范围越来越广泛，在水利水电、矿山、交通等各个行业的应用带来了巨大的社会效益和经济效益；长期以来，岩体爆破的理论模型研究一直是岩体爆破和岩石动力学研究领域的的一个热点课题，并且日益受到工程爆破学术界和工程应用部门的关注，岩体爆破理论模型的研究具有非常重要的理论和实践意义。 回顾岩石爆破的理论的发展历程，先后经过了经验理论、弹性理论、断裂理论和损伤理论几个阶段的发展。经验理论阶段比较著名的理论有炸药量与岩石破碎体积成比例理论、L.W.利文斯顿的爆破漏斗理论、冲击波拉伸破坏理论等；在上世纪70～80年代出现的Harries模型和Favreau模型是具有代表性的弹性爆破理论模型，他们都将岩石视为均质弹性体处理；随着断裂力学的发展和岩石断裂理论研究的深入，岩石中裂纹扩展及断裂破坏问题也渗入了爆破理论研究领域，断裂理论爆破模型主要有BCM模型和NAG－FRAG模型；美国Sandia国家实验室从上世纪80年代初就开展了岩石爆破损伤模型的研究，Kipp和Grady提出了最初的损伤模型，杨军等在分形岩石力学研究的背景下，提出了一种岩石爆破分形损伤的理论模型。 岩体具有复杂的地质构造结构，岩体中普遍存在的结构面形成了岩体的初始损伤。损伤力学中对损伤参量的定义是指损伤面积与有效面积之比，已有的岩石爆破损伤模型对损伤参量的定义分为两种，一种是表示为(体积)弹性模量的降低，一种是表示为已经破裂的结构面面积与潜在的节理面结构面面积之比。 本文将岩体的损伤与岩体爆破之后的块体总表面积联系起来，引入爆堆块体的总表面积S∑，把S∑作为有效面积，损伤量W的定义仍然表示为损伤面积与有

岩石爆破理论模型

岩石爆破理论模型 摘要：岩石爆破模型的研究是爆破理论和技术发展的关键，通过研究爆破过程 及其参数的变化规律可揭示爆破作用的本质，为完善和发展爆破理论及技术提供基础。 关键词：岩石爆破模型;弹性;断裂;损伤 1、岩石爆破机理 在岩石爆破机理研究中，一般认为造成岩石破坏的原因是冲击波和爆炸生成气体膨胀压力共同作用的结果；但是关于爆炸冲击波和爆炸生成气体准静态压力哪个起主要作用，目前仍存在着两种不同的观点。一种观点认为冲击波的作用只表现在对形成初始径向裂纹起先导作用，而大量破碎岩石则是依靠爆炸生成气体膨胀压力作用。另一种观点则认为爆破过程中哪种载荷起主要作用要取决于岩石的阻抗波，即高波阻抗岩石应力波起主要作用，低波阻抗岩石爆炸生成气体起主要作用；对于均质岩体以应力波作用为主；对于整体性不好、节理裂隙发育的岩体，以爆炸生成气体作用为主。 爆生气体膨胀作用炸药爆炸生成高温高压气体,膨胀做功引起岩石破坏。爆生气体膨胀力引起岩石质点的径向位移,由于药包距自由面的距离在各个方向上不一样,质点位移所受的阻力就不同,最小抵抗线方向阻力最小,岩石质点位移速度最高。正是由于相邻岩石质点移动速度不同,造成了岩石中的剪切应力,一旦剪切应力大于岩石的抗剪强度,岩石即发生剪切破坏。破碎的岩石又在爆生气体膨胀推动下沿径向抛出,形成一倒锥形的爆破漏斗坑。 按理论基础可将爆破模型分为以下几类:以弹性理论处理爆破问题的弹性力学模型;以断裂理论特别是线弹性断裂力学为基础的断裂力学模型;以研究损伤演化特别是细观损伤演化为框架的损伤力学模型;以及将岩石由损伤累积而导致的破坏视为一种逾渗转变的逾渗模型。 2、弹性力学模型 2、1 G.Harries模型 G.Harries模型是建立在弹性应变波基础上的高度简化的二维模型,将岩石视为均质连续的弹性介质。假设岩石为以炮孔轴线为中心的厚壁圆筒,爆炸应力波使与炮孔轴线垂直的平面内质点产生径向位移,当径向位移派生出的切向应变值超过岩石的动态极限抗拉应变T时,岩石中形成径向裂隙。径向裂隙数由下式决定: N=εθ/T 式中 N为径向裂隙条数;εθ为作用于炮孔上的最大切向拉应变。采用MonteCarlo方法确定爆破裂纹分割的块度。该模型首次解决了物理模型使用的局限性和难以定量的问题,但由于没有考虑天然节理裂隙对应力波传播和破碎块度的影响,所以不可避免地影响计算结果的准确性和可靠性。 2、2 R.F.Favreau模型 R.F.Favreau模型是在爆炸应力波理论基础上建立的三维弹性模型,以岩石动态抗拉强度为破坏判据。该模型不仅充分考虑了爆炸应力波和爆生气体综合作

岩石本构模型-4.3

岩石材料本构模型建立方法 一、岩石本构模型的定义 岩石本构关系是指岩石在外力作用下应力或应力速率与其应变或应变速率的关系。岩石变形性质为弹塑性或粘弹塑性变形，变形性质主要通过本构关系来反映，本构关系，即研究弹塑性或粘弹塑性本构关系。 岩石是一种非均匀的各向异性的材料，内含微裂纹，有时还有宏观的缺陷如裂纹、空穴、甚至节理等。对这些缺陷存在且材料对缺陷敏感时往往容易发生事故。脆性材料不同于韧性材料，对缺陷十分敏感。 由于岩石结构非均质和非连续的复杂性，到目前为止，还没有一个统一成熟的岩石力学本构关系。研究岩石本构关系的方法，概括起来主要有以下两种： （1）唯象学方法 ①用实验或断裂理论研究岩石的破坏准则。其基本点是假设在强度极限以前岩石本构关系可以近似用线性关系描述； ②塑性力学，流变力学及损伤力学方法。塑性力学有经典和广义塑性力学两部分。经典塑性力学理论主要适用于金属材料，广义塑性理论适用于岩石材料。内时理论和流变力学在描述岩石时效方面的特性中发挥重要作用。损伤力学是以微观裂纹为出发点来深入研究介质的力学形态，及基础是内变量理论。 （2）物理力学机理方面 岩石在初始状态下呈现微观缺陷，在本构理论中必须考虑其影响。依据一定的细观或微观力学机理，建立细观或微观力学模型，并借助于一定的宏观力学方法以建立宏观本构关系。 建立岩石本构关系一般通过两个途径：①利用岩石单轴或三轴试验获得的应力应变曲线，通过数理统计的回归方法建立本构方程；②在实验观

察的基础上，提出某种基本假设，从而建立一个力学模型，并推导出相应的本构方程。 二、岩石的本构关系分类 本构关系分类以下三类： ①弹性本构关系：线性弹性、非线性弹性本构关系。 ②弹塑性本构关系：各向同性、各向异性本构关系。 ③流变本构关系：岩石产生流变时的本构关系。流变性是指如果外界条件不变，应变或应力随时间而变化的性质。 2.1 岩石弹性本构关系 1. 平面弹性本构关系 2. 空间问题弹性本构关系

岩石爆破技术的现状与发展

岩石爆破技术的现状与发展 结合笔者对爆破技术的研究，对近几年来国内外较为先进的岩石爆破技术的理论及控制爆破技术方面进行简要的介绍，随着岩石爆破技術的不断发展，爆破工程机械化程度的提高，人们对工程爆破作业有害效应更加的专注。岩石爆破技术的发展对爆破施工发挥起到了重要的作用。 标签：岩石爆破技术；爆破理论；现状；发展 在破岩的过程中采用最为普遍也是效果最好的手段就是爆破。岩石爆破技术的发展不仅仅取决机械设备、测量工具等硬件设备的发展，而且还需要依托爆破理论学、岩石力学等方面的理论成果。随着岩石爆破技术的不断发展以及爆破力学的不断深入，以及测量设备的不断改进、计算机技术在爆破中的普及应用，推动了我国爆破技术向着机械化、智能化方面发展，其只要体现在下面几个方面：一是岩石爆破中使用的各种机械设备逐渐的完善，爆破施工的机械化水平快速发展；二是在对岩石等相关材质的分析上广泛的采用了全新的扫描技术和分析处理技术，根据分析出的岩石的性质来选择与之相符的爆破方案；三是爆破的规模在不断的扩大，爆破的工艺也在不断的更新；四是在爆破的过程中更多的考虑到了环境保护，采用各种控制爆破技术，尽可能的降低岩石爆破对环境及生态造成的影响。五是在岩石爆破过程中开始普遍的应用计算机进行辅助爆破，或者进行计算机模拟爆破，特别是将计算机与GPS定位系统结合之后发展了数字钻爆系统。这些方面的特点都对我国岩石爆破技术的发展起到深远的影响。 1 岩石爆破理论 所谓的岩石爆破就是利用炸药在爆炸的过程中产生的能量来破碎岩石的方法。岩石爆破理论可以系统的分为两个部分来进行概述：一是岩体中的爆破应力波，岩土在炸药爆炸的过程中，岩体会收到冲击和扰动，而在岩体中传播的波，在波的影响下岩体的内在状态会随之发生变化，因此我们将在固定中传播的扰动波称之为应力波；二是岩石爆破破碎机理，爆破机理的研究是一个较为复杂的课题，由于岩石爆破是也在一个高压、高温、高速的三高环境下发生的，在现有的科技条件下是无法进行测试的，而岩石的状态又是不定的，目前也找不到一个合适的状态方程来对岩石的变化进行科学合理的描述，因此，对岩石爆破作用机理的研究还仅仅停留在定性的阶段，现在实际采用的都是多年积累的经验，并没有科学的根据。虽然这个两种不通的机理，但是在实际的爆破过程中这两者都发挥着作用，只是在不通岩石材质下两者发挥的作用程度不一样。 岩石得以破坏是因为在爆破的过程中产生的应力超过了岩石本身多能够承受的最大限度，岩石的破坏与爆炸时产生的能量大小和岩石的力学特性有着紧密的联系。也就是说，要想对岩石进行破坏，在假定装药的型号、形式及自由面相同的条件下，药包装药的多少只要是由岩石的力学特性决定的。在岩石爆破技术的研究过程中，岩石的力学特性与爆破破碎的关系一直都是研究的一个重点。在一定程度上岩石的力学特性决定了这次岩石爆破的难易程度，它主要表现在岩石

爆破应力波的传播研究现状述评

爆破应力波的传播研究现状述评 摘要:从研究爆破应力波的远区传播机理和确定其破岩效应出发，介绍了爆炸应力波的传播及其破岩效应研究从简单到复杂、从理想化材料到尽可能与现实实际相吻合的材料、从近到远的研究历程, 及其各阶段取得成果与不足。认为目前的研究已由过去尽量简化岩性 ( 弹性均质体 )和爆源 (球状药包 ), 向尽量反应炸药爆炸与装药结构特征、反应岩体现状与本性的方向发展；由以破岩为目的, 向爆破后续的安全问题发展。并为研究爆破对保留岩体的影响及其稳定性, 提出了今后应加强工作的具体意见。 关键词: 爆破应力波；传播机理；岩体稳定 Abstract: From the far region of the blasting stress wave propagation mechanism and determine the effect of rock fragmentation, this paper introduces the explosion stress wave propagation and its effect of rock fragmentation should study from simple to complex, from the ideal material to as much as possible, in conformity with the actual reality, from near to far, studying process, and its various stages. The results and shortage believe that the current study has been developed from the past try to simplify the litho logy (elastic isotropic body) (spherical cartridge), an explosive source and to try to reflect the features of blast explosion and charge structure, the present situation in the reaction of rock mass and the nature of the direction of development; By for the purpose of broken rock, subsequent to the blasting safety development. keywords：blasting stress wave; mechanism of propagation; stability of mass rock 1 引言 炸药在岩体中爆炸，引起周围介质扰动，并以波的形式向外传播。在爆破近区传播的是冲击波，中区是应力波，远区则是弹性波，即通常所说的爆破地震波，它实际上仍是一种弱应力波[1, 2]。因此爆破应力波对远区岩体已不再产生直接破坏和连续变形，但会造成远区岩体原有裂隙扩展和局部损伤，从而降低保留岩石的强度和稳定性。爆破应力波的传播机理和效应是研究爆破破岩为主所不必涉及的范围，却是研究爆后保留岩石的稳定性，研究软、破岩带地下工程受邻近爆破作业的影响程度所必须考虑的问题，因此越来越为工程爆破、岩土力学和采矿工程界所重视。 2 爆炸应力波在岩体中的传播特性 炸药爆炸对周围介质的作用可看作是波动力学过程，可视为应力波在介质中的传播和对介质的扰动[3]。所以要了解爆炸应力波在远区的破岩作用，就应了

岩石爆破理论

5岩石爆破理论 5.1岩石爆破破坏基本理论 炸药爆炸引起岩石破坏，这是一个高能转化释放、传递作功的过程。在这个过程中，岩石受力情况极其复杂，而历时又极为短暂，因此要正确地解释岩石爆破破碎机理，就极为困难，人们已作了多年的努力，仍没有一个确切全面的唯一的解释，而是各执一词。 但将多类解释的基本观点和理论依据归类，可概括为三大假说： 5.1.1 爆生气体膨胀作用理论 这种理论是从静力学的观点出发，认为：岩石的破碎主要是由爆炸气体产物的膨胀压力引起。 (1) 炸药爆炸时，产生高压膨胀气体，在周围介质中形成压应力场。 炸药爆炸生成大量气体产物，在爆热的作用下，处于高温高压的状态，而急剧膨胀，这些膨胀气体以极高的压力作用于周围介质，而形成压应力场。 (2) 气体膨胀推力使质点产生径向位移，而产生径向压应力，其衍生拉应力，产生径向裂隙。 很高的压应力场，势必使周围岩石质点发生径向移动，这种位移又产生径向压应力，形成径向压应力的传递；质点在受径向压应力时，将产生径向压缩变形，而在切向伴随有拉伸变形生产，这个拉伸应变就是径向压应力所衍生的切向拉应力所产生。当岩石的抗拉强度低于此切向拉应力时，就将产生径向裂隙；岩石的抗拉强度远远地小于抗压强度（常为其1/10～1/15），所以拉伸破坏极易发生，而形成径向裂隙。 (3) 质点移动所受阻力不等，引起剪切应力，而导致径向剪切破坏。 质点位移受到周围介质的阻碍，阻力不平衡在介质中就会引起剪切应力，若药包附近有自由面时，质点位移的阻力在最小抵抗线方向最小，其质点位移速度最高，偏 离最小抵抗线方向阻力增大，质点位移速度降低，这样在阻力不等 的不同方向上，不等的质点位移速度，必然产生质点间的相对运动 而产生剪切应力。在剪切应力超过岩石抗剪强度的地方，将发生径 向剪切破坏。 (4) 当介质破裂，爆炸气体尚有较高的压力时，则推动破裂块体沿径向朝外运动，形成飞散。 上述破坏发生将消耗大量的爆炸能，如果爆炸气体还有足够大的压力，则将推动破碎岩块作径向外抛运动，若压力不够就可能仅是松动爆破破坏，而没有抛散，甚至只是内部爆破。 用这种理论来解释破岩原因，可简化为：

爆破技术

随着科学技术的不断进步,岩石爆破理论也 日趋成熟。岩石爆破技术在水电、矿山、交通等各个领域内获得了广泛应用,并且带来了巨大的经 济效益和社会效益。尤其是在葛洲坝、三峡工程等巨型国家建设项目施工过程中,高质量爆破将 会有效地保护坝体周围岩体的安全稳定,因此,这 门学科的研究具有重要的现实意义。本文就岩石爆破理论中的模型和数值计算、爆破技术等方面的现状进行分析,并且就其研究发展趋势进行了 展望。 1 岩石爆破理论 岩石爆破理论是用来说明爆破时的破岩机理, 并指导岩石爆破工程进行合理设计和施工的一门学科。爆破理论作为一门特殊的力学学科,是随着炸药、起爆器材的发明和应用、爆破量测技术的进步以及相邻学科发展而发展的[1 ] 。爆破理论的研究也经历了萌生阶段和形成与发展阶段。 1. 1 爆破理论的萌生阶段 爆破理论的萌生阶段或早期发展阶段比较有 代表性的假说有:炸药量与岩石破碎体积成比例 假说;C. W. 利文斯顿爆破漏斗假说;流体力学假 说等。 (1) 炸药量与岩石破碎体积成比例假说 该理论首先给出了集中药包标准抛掷漏斗的 装药量计算公式: Q = q·W3 (1) 式中: Q 为标准抛掷爆破的装药量, kg ; q 为 破碎单位体积岩石的炸药消耗量,kg/ m3 ; W 为最小抵抗线,m。 当装药深度不变,改变装药量的大小,破碎半 径及破碎顶角的数值也要变化。因此,根据几何相似原理得出非标准抛掷漏斗的装药量计算公式: Q = f ( n) ·q·W3式中, n 为爆破作用指数。 关于f ( n) 的具体计算有许多经验公式, 应 用较多的是[2 ] : f ( n) = 0. 4 + 0. 6 n3 (3) 该假说只是通过装药量与岩石破碎体积成比 例的关系,来计算爆破时的参数(装药量) ,对爆破 作用的各种物理现象以及岩石是受到何种作用力而破坏的爆破过程并未作实质性的说明。在计算中没有考虑岩石的物理力学性质, 但是由于计算 公式比较简单,并且具有实践经验意义,所以该式 仍是工程爆破时计算装药量的基本公式。 (2) C. W . 利文斯顿爆破漏斗假说