岩石爆破

岩石爆破是利用炸藥的爆炸作用對岩石施加荷載，使岩石破壞的力學過程。

基本介紹

• 中文名：岩石爆破
• 外文名：Rock blasting
• 定義：爆炸作用對岩石施加荷載
• 對象：岩石
• 屬於：爆破
• 學科：土木工程

岩石爆破破壞基本理論

炸藥能量破碎岩石，以爆炸衝擊波和爆炸氣體兩種方式釋放出來。對此，有三種不同的岩石爆破破碎作用觀點：

(1)爆炸氣體膨脹作用理論。炸藥爆炸導致的岩石破壞主要為高溫高壓氣體產物膨脹做功所致。爆破生成的氣體膨脹引起岩石質點的徑向位移，最小抵抗線方向位移速度最高。由於相鄰岩石質點移動速度差異，產生剪下應力和剪下破壞，在爆破產生的氣體膨脹推動下，沿徑向拋出，產成爆破漏斗。

(2)爆炸應力波反射拉伸理論。爆炸在岩石中爆轟時，所產生的高溫高壓衝擊波，粉碎炮孔周圍的岩石。爆炸衝擊波在岩石中產生切向拉應力，導致徑向裂隙和環狀裂隙向自由面方向發展，當達到自由面時，壓縮應力波從自由面反射成拉伸應力波，克服岩石的抗拉伸強度，將岩石拉斷，岩石發生片落。隨著反射波繼續傳播，將爆破漏斗範圍內岩石全部拉斷。岩石破碎是入射波和反射波共同作用的結果，爆炸氣體用作僅作為岩石輔助破碎和拋擲。

(3)爆生氣體和應力波綜合作用理論。爆炸氣體膨脹和爆炸應力波的綜合作用，加強了岩石破碎效果。反射拉伸波增加徑向裂隙和環狀裂隙的擴展，但作用時問短暫。爆破產生的氣體膨脹促進裂隙發展，作用時間長，岩石最初裂隙的形成是由衝擊波(應力波)造成的，而後爆破生成氣體擴展裂隙，炸藥在岩石中爆炸的動作用和靜作用完成爆破破碎過程。

岩石爆破破碎機理

炸藥爆炸破碎岩石的能量以兩種形式釋放出來：一種是衝擊波，一種是爆炸氣體。但是，岩石破碎的主要原因究竟是衝擊波作用的結果還是爆炸氣體作用的結果，由於認識和掌握資料的不同，便出現了不同的結果。

由於炸藥的爆炸反應是一個高溫、高壓、高速的瞬態過程，岩體性質和爆破條件複雜多變，再加上岩體爆破是一個歷時極短和危險|生極大的過程，因此，給直接觀測和研究岩體的破壞過程造成了極大的困難，而單純從經典力學的基本原理出發解決爆破理論問題也受到很多條件的限制。迄今為止，人們對岩體爆破作用過程仍然了解得不透徹，尚不能形成一套完整而系統的爆破理論。

儘管如此，隨著長期爆破實踐經驗的積累和現代科學技術的發展，藉助於先進的動態測試技術手段(如高速攝影、電子儀器等)以及爆破模擬試驗，對岩體爆破作用原理的研究也取得了一定的進展，得到了一些有關岩石爆破破碎機理的研究成果，並在此基礎上提出了多種岩石爆破破碎機理假說和計算公式。這些假說在一定程度上揭示了岩體的某些破壞特徵和規律，對爆破工程實踐具有一定的指導意義和實用價值。

目前，關於岩石在炸藥爆炸作用下發生破壞的原因，主要有以下3種假說。

爆炸氣體產物膨脹壓力破壞理論

該理論從靜力學的觀點出發，認為炸藥爆炸後，產生大量的高溫、高壓氣體，這種氣體膨脹時所產生的推力作用在藥包周圍的岩壁上，引起岩石質點的徑向位移。由於作用力不等而引起不同的徑向位移，導致在岩石中形成剪下應力。當這種剪下應力超過岩石的極限抗剪強度時，就會引起岩石的破裂。當爆轟氣體的膨脹推力足夠大時，還會引起自由面附近的岩石隆起、裂開，並沿著徑向方向推出。

該理論只強調爆生氣體壓力的作用而忽視應力波對岩石破碎作用的影響，這與實際情況有所出入。事實上，當用外敷藥包炸大塊孤石時，仍能使岩石產生破碎。此時，由於爆生氣體的膨脹幾乎不受限制，故其對岩石所起的作用可以忽略。這時若用爆生氣體壓力作用破壞理論來解釋岩石發生破壞的原因是不太合理的。因此，該理論是不全面的。

衝擊波反射拉伸破壞理論

該理論從爆炸動力學的觀點出發，認為炸藥在岩體中爆炸時產生的強烈衝擊波作用下，衝擊和壓縮周圍的岩體，造成岩體的局部粉碎。經過粉碎區之後，壓縮應力波繼續向外傳播，但是其強度已下降到不能直接引起岩石的破碎。當壓縮應力波傳播到自由面時，壓縮應力波從自由面反射成拉伸應力波，由於岩石的抗拉強度大大低於抗壓強度，如果反射拉伸波的強度超過岩石的動態抗拉強度，岩石將從自由面開始向爆源方向產生層層拉斷破壞。這種破裂方式亦稱“片落”。隨著反射波向爆源方向的傳播，片落繼續發生，直到將漏斗範圍內的岩石完全拉裂為止。

該理論雖然能解釋實際工程中出現的一些現象(如爆破時在自由面處經常發現片裂、剝落等現象)，但它同爆生氣體壓力作用破壞理論一樣，也具有一定的片面性。近年來，國內外許多學者的研究表明，爆生氣體對岩石破壞所產生的作用是相當顯著的，炸藥的潛能大部分都包含在爆生氣體中。而且，當爆源距自由面的距離很大時，應力波傳播到自由面時已衰減很多，反射拉伸應力波不再足以使岩石發生片落，因此，這時用岩石破壞是從自由面向爆源發展的理論來解釋也顯得不太合理。

儘管這種理論還有許多不盡如人意的地方，但仍不失為岩石爆破理論的重要組成部分。在自由面附近岩石是被拉伸破壞的這一點已被世人所公認。

衝擊波和爆炸氣體壓力綜合作用理論

衝擊波反射拉伸破壞理論和爆炸氣體膨脹壓力破壞理論是基於對破碎岩石的兩種能源——衝擊波和爆炸氣體膨脹能的不同認識而提出來的，各有一定的理論基礎和試驗數據，但又都有一定的不足之處。一方面是由於爆炸過程的瞬時性、複雜性和模糊性造成的，另一方面也受當時的技術水平和測試手段的限制。在這種條件下，綜合兩派的論點並結合他們的研究成果，便提出了衝擊波和爆炸氣體壓力綜合作用理論。

這種理論的觀點認為，岩石的破碎是由衝擊波和爆炸氣體壓力綜合作用的結果，即兩種作用形式在爆破的不同階段和針對不同岩石所起的作用不同。爆炸衝擊波(應力波)作用使岩石產生裂隙，並將原始損傷裂隙進一步擴展；隨後，爆炸高壓氣體擠入這些裂隙，藉助於“氣刃效應”使裂隙進一步延伸和擴大，並形成岩塊脫離岩體。此外，爆炸衝擊波對堅硬、緻密的高阻抗岩石作用更大，而爆炸氣體膨脹壓力對低阻抗的軟弱岩石的破碎效果更佳。

爆破工程實踐證明，這種理論對岩石爆破破壞所做的解釋較為符合實際情況，因而被大多數人所接受。