爆破作用原理知识.docx

1、爆破作用原理知识爆破作用原理01 应力集中stress concentration物体内某一点的应力比相邻部分的应力积累显著增大的现象。构造形变是应力或能量的释放过程，因而运动必将最先在那些应力积累最大而岩体强度又相对最小的地方发生。因此，物体或岩体的不均一性或力学性质有突然改变的地方，为应力集中处。02 应力差stress difference一般情况下，在岩石变形过程中，三个主应力是不相等的，最大主应力和最小主应力之差称应力差。它是引起变形的因素，应力差愈大，引起的岩石变形愈明显。03 应变分析strain analysis某点的应变分析，指分析该点所经历的任何微小线段的应变情况。04 平

2、面波plane wave波前是平面(无曲率)的波，可能是由非常远的震源产生的波，是地震和电磁波分析中通用的假设，并不绝对与现实情况一样。05 平面波分解plane-wave decomposition求一组平面波的振幅、相位及传播方向，使它们相加的结果逼近给定的任意波前。反过来说，就是把任意波前分解为合成它的一组平面波。06 平面波前planar wavefront地震波的波前面为平面的波前。实际平面波前是不存在的，但在远离震源的地方可以认为局部一段地震波前是平面。07 柱面波cylindrical wave波前为圆柱面的一种波动。08 球面波spherical wave波前为同心球面的波，是

3、由点源产生的。球面波的波前应力以距波源的距离成反比的速率衰减。09 球面波前spherical wavefront在任意时间由点源产生的地震脉冲的给定相位所形成的曲面。如果速度随位置而变化，则该面不一定是球面。10 体波body waves通过介质体内部进行传播的纵波与横波。11 纵波primary wave也称P波。质点在波的传播方向运动的弹性体波，在常规地震勘探或声波测井中使用该波。12 切变波shear wave也称横波，S波。是质点振动方向垂直于波传播方向的一种体波。横波只能在固体中传播。因为液体不能产生剪切形变。13 横波分裂shear wave splitting；shear wa

4、ve birefringence又称横波双折射。当地震横波通过方位各向异性介质传播时，可分裂为两个偏振方向不同的横波。这种现象称为横波分裂。14 界面速度boundary velocity地震波遇到速度较高的界面后，沿界面滑行，这种在界面上滑行的波(折射波)的速度就称界面速度。这个速度可根据折射波的时距曲线求得。15 界面波boundary wave沿不同物性介质的交界面传播的一种波形。也称面波、界波。16 勒夫波Love wave一种地震面波。其特点是质点在与传播方向垂直的水平方向运动、无垂直运动。被称为Q波、LQ波、G波或SH波。17 瑞利波Rayleigh wave1)一种沿半无限介质的

5、自由表面传播的地震波。在表面附近质点运动的轨迹是椭圆形的，并且在包含传播方向的竖直平面内是逆行的，其振幅则随深度的增加而呈指数地减小。2)沿非半无限介质的自由表面传播的与前一种波相似的地震波，如地震勘探中的地滚波。18 瑞利临界角Rayleigh critical angle产生表面波时的入射角。19 地震波seismic wave逐点通过介质传播的弹性扰动。有以下几种类型：1)两种体波，即纵波与横波；2)几种面波，即瑞利波、伪瑞利波或地滚波、勒夫波、斯通利波和管波；3)槽波；4)空气波；5)驻波。20 驻波standing wave两个连续波链相互干涉所产生的种现象。驻波可由震源产生的连续波

6、链与其反射产生的连续波链相互干涉所致，也可能由两个反射波链所致。激发之后，波呈指数衰减。驻波的干涉条纹是以四分之一波长为间隔交替出现的波腹和波节。21 空气波air blast由震源经空气传播到检波器的P波。22 压缩波compressional wave也称纵波、P波。一种质点振动方向与波传播方向一致的弹性波。这种波可以在固体、液体或气体中传播。23 入射波incidence wave在波的传播遇到障碍物时，产生反射和绕射前的波。24 入射角incident angle射线路径与界面垂线的夹角，即在各向同性介质中波前与界面的夹角。25 爆破地震波blasting seismic wave爆破

7、远区，应力波衰减并变成振荡式波形，称为爆破地震波。表征地震波特点的有位移、速度、加速度、持续时间、频率。因爆破地震波有可能对周围建筑物造成一定危害，对大型爆破工程多进行地震波预报和测定。26 反射定律reflection law波在两种不同介质分界面上发生反射时遵循的规律，即入射线、反射线和法线在同一平面内，入射线和反射线分别在法线两侧；入射角等于反射角。27 1)反射率； 2)能量反射系数reflectivity1)也称反射系数。界面上反射波位移振幅和入射波位移振幅之比，其关系式通过解表达边界位移和应力连续性的边界条件方程组得到。2)反射能量与入射能量之比。28 剪切应力shearing s

8、tress使物体产生变形时，单位面积上所受到的侧向或横向力。在钻井液环空水力学上指液流层面上单位面积所受的剪切力。29 剪节理shear joint1)岩层中由剪切破裂形成的节理；2)一种力学成因类型的节理，如岩石破裂形成时的剪切分量不等于零，其总位移与破裂面平行，这种断裂构造则称剪节理。30 剪应变shear strain也称剪切应变。1)物体或岩体内原来相互垂直的两个平面所夹直角的改变量(y)。角度的旋转就是剪应变的度量，可根据物体内原来相互垂直的两条线段之间的角度变化来测量。2)固体变形时，物体中的平面相对于物体中的平行平面作平行位移。31 破裂面； 2)断口fracture1)也称断裂

9、。指岩石在应力作用下形成的一切机械破裂，不论有无位移；在构造地质学中，由于瞬间内聚力的丧失，或是差异应力抵抗力的丧失以及储集的弹性能的丧失对岩石引起的变形。2)指当矿物受外力打击时，不沿一定结晶方位裂开，而成凹凸不平的断开面。32 破裂强度rupture strength物体或岩石在破裂的瞬间所能承受的差异应力，通常用于发生在大气压和室温下缓慢加载所产生的变形。破裂强度与岩石性质、力的作用方式有关，不同岩石的破裂强度不同，同一种岩石在不同性质的应力作用下破裂强度也不同。33 张裂extension fracture也称拉伸断裂。在外力作用下，当张应力达到或超过岩石抗张强度时，在垂直于主张应力轴

10、(或平行于主压应力轴)方向上产生的断裂。34 边界条件boundary condition1)一个特定的物理问题的解必须满足由研究区域边界上的物理状况所决定的某些附加条件，这些边界上的附加约束条件称为边界条件。2)当用一个微分方程描述一个化工设备的特性和各种参数之间的关系时，求解这个方程必须知道这个设备的起始边界和终止边界的状态(如温度、压力、浓度等)，这些状态参数称为边界条件。3)运筹学的一个术语。35 抗剪强度shear strength1)一种岩石力学性质指标。岩石在垂直压应力作用下所能承受的最大水平荷量的性能，它表示岩石抵抗剪切破坏的能力。抗剪强度是临界值，当超过它时，就引起形变。2)

11、流体剪切值的大小，亦即流体产生永久变形的最小剪切应力。36 应力波的干涉interference of stress waves两个或多个应力波相遇发生相互作用的现象称为应力波的干涉。37 冲击波阵面shock front冲击波的外缘，其压力由零增至峰值。亦可称之为压力阵面。38 化学反应区reaction zone在冲击波波头和C-J面之间为化学反应区。在化学反应区内，由于化学反应和放出热量，介质的状态参数将相应产生变化，与冲击波波头相比较，压力逐渐下降，比容和温度逐渐增加，当反应结束时，因放热量城少，温度开始下降。39 未扰动区undisturbed explosive冲击波阵面前的炸药尚

12、未受冲击波的作用，处于初始状态，称为未扰动区。40 分解产物区decomposition product zoneC-J面后的物质成分已完全变成了炸药的爆轰产物，称为分解产物区。41 理想爆轰ideal detonation炸药经起爆后，爆轰波如能以恒定不变的最高速度传播，则称为理想爆轰，此时的爆轰传播速度称为极限爆速。42 非理想爆轰non-ideal detonation炸药的性质不同，极限爆速值也不同。但每种炸药都有它自己的极限爆速。若因某种原因，爆轰波不能以最高速度传播，但能以与一定条件相应的正常速度传播，称为非理想爆轰或稳定传爆，如果爆速不稳定，则称为不稳定传爆。43 沟槽效应cha

13、nnel effect在实际的爆破工程中，在药卷和炮孔内壁之问留有空隙，来自起爆一端的爆轰波在炸药中传播的同时，也在空隙中传播着冲击波。当后者的速度高于爆轰波时，孔底方向的炸药尚未被引爆便受到了超前空气冲击波的预压而变得钝感，最后发生拒爆。这种效应称作沟槽效应，也称空隙效应或管道效应。44 管道效应pipe effect参见“沟槽效应”。45 均匀灼热机理mechanism of homogeneous scorching blasting这种机理多发生在质量较密实、结构均匀、不含气泡或气泡少的液体炸药或单体固体炸药，即所谓的均相炸药中。爆炸反应的发生，是由于炸药均匀受热或在冲击波的冲击作用下

14、，使一薄层炸药温度突然均匀升高所致。反应首先发生在某些活化分子处，而反应的发展非常迅速。46 不均匀灼热机理mechanism of hot spot blasting炸药爆炸时，爆炸反应的发生不是由于薄层炸药均匀灼热，而是由于在炸药个别点处形成高热反应源所致。这种高热反应源称为“起爆中心”或“热点”。形成热点后，反应首先在热点处炸药颗粒表面上以燃烧方式进行，而后向颗粒深部扩展，同时也向四围传播。47 雷管起爆性capsensitivity炸药可被普通雷管引爆的性能。参见“雷管起爆感度”。48 临界爆点critical point of explosion落锤感度试验时，称爆炸率达50的落锤高

15、度为临界爆点，也叫冲击感度。在实际应用上，也有把6次试验中有一次发生爆炸的落锤高度叫作临界爆点。49 受爆性能accepting behavior；recepting behavior在殉爆试验时，被发药包承受主发药包的爆轰而起爆的能力，称为受爆性能。它取决于被发药包的感度、主发药包的激爆性能和试验条件。50 稳定爆速stationary detonation velocity炸药的爆速随药包直径增大而提高，但是当药包直径超过某一数值时，爆速几乎不再变化。这时的爆速称为稳定爆速。达到稳定爆速的药包直径，如代那买特为50mm，浆状炸药为1OOmm，铵油炸药为200mm。51 炸药力force o

16、f explosives；specific energy将1kg炸药爆炸时所生成的爆炸气体收集在1L的容器内，其对器壁的压力称为炸药力。52 完全爆轰complete detonation炸药或雷管在外力作用下全部被引爆且爆轰完全的状态。相反，不完全爆轰称半爆；全部不爆称拒爆。参见“不爆”。53 敏感sensitive在外部能量的作用下，炸药发生化学反应的难易程度叫感度。相应地，易于发生化学反应的炸药叫敏感炸药；反之叫钝感炸药。54 激爆性能exciting behavior指第一个主发药包爆炸激发第二个被发药包使之殉爆的能力。通常以主发药包的爆炸威力(如爆轰能量或爆轰压力)表示主发药包的激爆

17、性能。参见“受爆性能”。55 低速爆轰low velocity detonation低于正常情况下的爆轰波传播速度，简称LVD。与低速爆轰相对，正常速度的爆轰叫高速爆轰，简称HVD。56 动效应dynamic effect炸药的爆炸效应有动效应和静效应之分。动效应又叫冲击效应或破坏效应，系指炸药爆炸时产生的冲击波对周围介质作用的程度。在实验室里，可用猛度试验或爆速试验确定。57 静效应static effect静效应也称为作功效应，是指炸南的爆生气体，在高温下进一步膨胀时对周围介质产生推动和抛掷的作用。通常用炸药力(比能)、爆炸温度和比容等特征参数表示，可以根据理论计算，或采用铅铸扩大试验、弹

18、道摆和弹道臼炮等方法试验确定。58 作功效应working effect参见“静效应”。59 冲击效应shock effect参见“动效应”。60 反射压力 reflected pressure地层振动波或空气冲击波在两侧密度不同的界面上产生反射后产生的压力。61 反射系数reflection coefficient在间断点(如裂缝、节理、断层)反射波和入射波之间的幅度比。62 爆破理论theory of blasting用以阐述用炸药爆炸的能量破坏介质的物理力学过程的理论。由于目前国内外还没有能建立起一种公认的岩石爆破理论，因此，在工程实践中，大都以有关理论为依据，然后根据各自的实践经验，选

19、择相应的公式来计算爆破的用药量。63 剪切破坏理论shear failure theory岩石爆破破坏理论之一。剪切破坏理论认为，岩石的破坏是爆炸作用在岩体中的剪切力，超过组成岩石颗粒间的强度和粘结力的结果。这一理论的缺点是，只考虑了准静态压力产生的破坏，剪切面积只计算漏斗状爆破体的侧面积，而实际剪切面积要远远大得多。64 冲击波破坏理论shock wave failure theory岩石爆破破坏理论之一。这一理论认为，炸药爆炸时是由于冲击波的作用使周围介质发生破坏。由于对固体介质爆破破坏的过程认识不同，而有许多不同的见解。65 主拉应力破坏理论failure theory of princ

20、ipal tensile stress这一理论认为，岩体的破坏是由弹性体的塑性变形引起的。并从理论上阐明了爆破时，爆炸气体作用于孔壁所产生的主应力场，以及主应力和岩体破坏的关系。66 爆炸应力波作用理论shock wave failure theory；dynamic failure theory该理论认为岩石的破坏主要是由于岩体中爆炸应力波在自由面反射后形成反射拉伸波的作用。当拉应力超过岩石的抗拉强度时，岩石就被拉断破坏。这种理论从爆轰的动力学观点出发，又称为动作用理论。67 爆炸生成气体膨胀作用理论gas-expanding failure theory；quasi static fail

21、ure theory该理论认为炸药爆炸引起岩石破坏主要是由高温高压气体产物对岩体膨胀作功的结果，因此破坏的发展方向是由装药引向自由面。当爆生气体的膨胀压力足够大时，会引起自由面附近岩石隆起、膨胀裂开并沿径向推出。这种理论又称为准静力作用理论。68 爆生气体和应力波综合作用理论expansion and shock wave coexisting failure theory该理论认为岩石的破坏是由于爆生气体膨胀和爆炸应力波共同作用的结果。由应力波引起的反射拉伸波加强了径向裂隙的扩展，爆生气体的膨胀，促进了裂隙的发展。69 爆破的内部作用 blasting action from charge

22、in infinite rock对于一定的装药量来说，若最小抵抗线W超过某一临界值(称为临界抵抗线WC)时，可以认为药包处在无限介质中。此时当药包爆炸后，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。70 破坏范围crushedregion炸药在钻孔内爆炸，瞬间释放出巨大能量强烈地冲击周围的岩石，在岩体中形成以药包为中心的由近及远的不同破坏区域，分别称为粉碎区、裂隙区和震动区。71 压缩粉碎区compressed；crushed zone当炸药爆炸后，形成每秒数千米速度的冲击波，伴之以高压气体在微秒量级的瞬时内作用在紧靠药包

23、的岩壁上，致使近区的坚固岩石被击碎成为微小的粉粒把原来的药室扩大成空腔，称为粉碎区；如果所爆破的岩石为塑性岩石，则近区岩石被压缩成坚固的硬壳空腔，称为压缩区。72 破裂区crack zone又称裂隙区。炸药在岩体中爆炸后，强烈的冲击波和高温、高压爆轰产物将爆源近区岩石破碎成粉碎区(或压缩区)后，冲击波衰减为应力波。应力波虽然没有冲击波强烈，剩余爆轰产物的压力和温度也已降低，但是，它们仍有很大的能量，将爆破中区的岩石破坏，形成破裂区。73 振动区viberation zone炸药爆炸所产生的能量在压碎区和裂隙区内消耗了很多。在裂隙区以外的介质中不再对介质产生破坏作用，而只能使介质质点发生弹性振动

24、，直到弹性振动波的能量完全被介质吸收为止。该作用区的范围比前两个大得多，称为振动区。74 爆破的外部作用blasting action in rock near the free face在最小抵抗线的方向上，岩石与另一种介质(空气或水)相接触，当最小抵抗线W小于临界抵抗线耽时，炸药爆炸盾除发生内部作用外，自由面附近也发生破坏。这种引起自由面附近岩石破坏的作用称为爆破的外部作用。75 霍普金森效应Hopkinson effect当入射压力波遇到自由面时，一部分或全部反射为方向完全相反的拉伸应力波。如果反射拉应力和入射压应力迭加之后所合成的拉应力超过岩石的极限抗拉强度时，自由面附近的岩石即被拉断

25、成小块，或片落，或形成片漏斗。这种现象称为霍普金森效应。76 霍普金森压杆Hopkinson pressure bar霍普金森压杆是由Hopkinson于1914年提出的，经过近90年的发展，现已成为材料动力学性质研究的重要工具。77 岩石爆破的弹性理论模型elasticity theory model for rock blasting基于岩石弹性破坏准则建立的模型。弹性破坏准则认为岩石是均质的，岩石的破坏是其中的应力超过应力极限所致，在此之前岩石是弹性的。78 GHarries模型GHarries model由英国人G哈里斯(Harries)提出，该模型以爆生气体准静态压力作用为基础，假设

26、炮孔为一厚壁圆筒，岩体在爆炸载荷作用后，用裂隙发展、相交成块的模型，来定量描述岩石断裂破碎过程。79 RF_Favreau模型RFFavreau modelRFFavreau模型以应力波理论为基础，其计算模型代码为BIASPA。在岩石各向同性弹性体的假设下，1969年RFFavreau得出了球状药包周围应力波解析解。爆轰使爆炸压力突然加载到药室壁上，而随后因药室膨胀引起的压力下降可用一个简单的多元回归状态方程来描述。80 台阶爆破的三维模型three-dimensional model for bench blasting马鞍山矿山研究院提出的台阶深孔爆破矿岩破碎三维模型，简称。BMMC模型。

27、该模型以应力波理论为基础，以岩石单位表面能指标作为岩石破碎的基本判据，通过计算机模拟可获得爆破块度预报。81 岩石爆破的断裂理论模型fracture theory model for rock blasting断裂力学理论认为：岩石可视为含有微裂纹的脆性材料，岩石的爆破破碎过程可用裂纹扩展的理论来解释。由此，发展了岩石爆破的断裂理论模型，其中有代表性的是BCM模型和NAGFRAG模型。82 BCM模型BCM model又称层状裂纹模型。该模型应用Griftith的裂纹传播判据，确定裂纹扩展的可能性，并计算出裂纹扩展的临界长度。其基本假设为：1)岩石中含有大量的圆盘形裂纹，且裂纹的法线方向平行于

28、y轴；2)单位体积内的裂纹数量(裂纹密度)服从指数分布：83 NAGFRAG模型NAG-FRAG modelNAGFRAG模型是由美国应用科学有限公司、圣地亚(Sandia)国家实验室和马里兰大学共同开发的，是专门研究裂纹的密集度、扩展情况以及破坏程度的模型。它综合考虑了岩石中应力引起裂纹的激活而形成新的裂纹和爆炸气体渗入引起裂纹扩展的双重作用。84 岩石爆破的损伤理论模型damage theory model for rock blasting损伤破坏准则认为，岩石中含有大量的缺陷称为损伤。岩石的破坏是应力作用下损伤增长和不断积累的结果。损伤模型是由裂纹密度、损伤演化规律和用有效模量表达的岩

29、石本构方程3部分组成。85 K-G损伤模型 KG damage modelKG损伤模型是由美国学者Kipp和Grady提出的。该模型认为岩石中含有大量的原生裂纹，这些裂纹的长度及其方位的空间分布是随机的。在外载荷作用下，其中的一些裂纹将被激活并扩展。一定的外载荷作用下，被激活的裂纹数服从指数分布。86 KUS损伤模型KUS damage modelKUS损伤模型是在KG损伤模型的基础上发展起来的，它对材料的描述与KG损伤模型有所不同。KUS损伤模型认为，当岩石处于体积拉伸或静水压力为拉应力时，岩石中的原有裂纹将被激活。裂纹一经激活就影响周围岩石，使周围岩石释放应力。87 岩石爆破的分形损伤模型

30、theoretical model of fractal damage for rock blasting岩石爆破的分形损伤模型的核心，是在损伤模型的基础上，借助分形几何理论，建立岩石爆破破坏过程中，裂纹分布分形的变化与损伤演化的关系。将这样的关系与岩石的本构方程联立，即可形成数值分析的封闭方程组。88 Yang等人的模型Yang et als modelYang等人的模型认为，岩石中裂纹的起裂与扩展是由延展应变(extensional strain)决定的，当岩石中某点的延展应变大于某临界值时，原有裂纹起裂、扩展。延展应变定义为岩石中某点的主拉应变(tensile strain)(对数应变)

31、之和。89 耦合(孔中炸药) coupling(explosive in blasthole)装填炸药与炮孔体积、孔壁之间的相互作用(装填)的程度和质量。它定义为炸药体积与炮孔总体积之比。现行有两种耦合率：轴向耦合率和径向耦合率。90 耦合率coupling ratio药卷直径与炮孔装填部分的炮孔直径之比。91 破碎带crush zone在岩石爆破中通常是指与已经装填、直接接触炸药的炮孔部位相邻的岩石材料带。破碎带中的材料由于应力超过材料的动压强度而破碎。破碎带直径取决于岩石的强度。在完全约束的条件下，硬岩中的破碎带半径约为炮孔直径的2倍。92 岩石爆破中的爆轰理论detonation theory in rock blasting该理论着眼于炸药化学反应期间反应生成物膨胀的计算。各种计算方法的主要特征都是推导出一个炸药的岩石爆破性能的公式。首先进行这样尝试的是Wood & Kirkwood(1954)。93 能量比energy ratioa/f之比。其中，n为加速度(m/s2)；f为频率(Hz)。用来与爆破振动损害比较的振动水平尺度。94 能量分割energy partitioning炸药总能量可分成“冲击”(应力波)和“气体”(抛掷)等分量。不同的爆破机理都受这些分量的控制。能量分割对岩石性质和炸药性质的依赖程度是一样的。较高的爆轰速度和较低的岩石强度会带来较高的冲击能。