巖石在爆破作用下破碎的物理力學本質(zhì)。它為正確的工程爆破設(shè)計、合理的炸藥選擇和控制爆破提供了科學的依據(jù)。爆破機理理論由于爆炸是一個高溫、高壓、高速的復雜變化過程,巖石是一種不斷變化的不均勻介質(zhì)。因此,在解釋巖石爆破破碎機理時有各種各樣的理論。
綜上所述,可以概括為三種:
(1)爆炸氣體膨脹引起的拉伸破壞認為,當爆炸氣體在巖石中爆炸時,爆炸氣體膨脹的壓力作用在藥房的周壁上,在巖石中產(chǎn)生壓應力和相應的垂直拉應力。由于巖石的抗拉強度較低,當這種拉應力超過巖石的抗拉強度時,就會造成巖石破壞。因此,巖石破碎主要是爆炸氣體膨脹壓力引起的。
(2)拉伸應力波破壞巖石中爆炸產(chǎn)生的應力波傳播到自由面后,反射成拉伸波。由于巖石的抗拉強度較低,巖石破碎的主要原因是從自由面開始,巖石由外向內(nèi)斷裂。
(3)應力波與爆炸氣體膨脹壓共同作用。應力波在藥房周壁產(chǎn)生初始徑向裂縫,而爆炸氣體擠壓這些裂縫,使其膨脹和延伸,直至巖石完全破碎。
因此,巖石破碎是應力波和爆炸氣體膨脹壓共同作用的結(jié)果。這一理論越來越被認可。如果將球形藥包埋在無限深的均質(zhì)巖體中,爆炸會產(chǎn)生不同的爆破效果。與藥包直接接觸的巖石將受到超高壓沖擊波的沖擊和壓縮,這大大超過了巖石的動態(tài)抗壓強度。如果巖石具有可塑性,它將被強烈壓縮,形成一個壓縮圈。然而,對于大多數(shù)硬巖來說,可塑性很小,巖石在強烈沖擊和壓縮后會被破碎,形成一個破碎圈,其半徑一般是藥包半徑的2-4倍。破碎圈外的巖石由衰減后應力波的徑向壓縮引起切向拉伸。當拉伸應力超過巖石的動態(tài)拉伸強度時,破碎圈外會產(chǎn)生放射性徑向裂縫,爆炸的高壓氣體會擠壓裂縫,促進裂縫的進一步擴張和延伸;應力波通過后,壓縮巖石迅速卸載,發(fā)生向心徑向運動,導致環(huán)形拉伸裂縫。徑向與環(huán)形裂縫相互交錯,巖石分裂破碎,形成破碎包位理——一硯倉促——;巖體爆破效應圖裂紋圈。通過破裂圈外的應力波,由于急劇衰減,其尺寸低于巖石強度,不能再造成巖石破碎,只能造成巖石質(zhì)點彈性振動,形成振動圈。
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