药包爆炸的作用机理

当装药的最小抵抗线小于临界抵抗线，爆炸作用只限冰介质内部，不受冰体自由面的影响，把这种作用称为药包在冰介质爆炸的内部作用。单个球形药包爆炸的内部作用，可在爆源周围形成压碎区、裂隙区和震动区，如图4-20所示。

由于炸药爆轰过程的高温、高压和高速的化学反应，以及爆炸对冰介质作用时在物理力学性质产生的各向异性等因素影响，冰介质在炸药爆炸作用下的破碎过程是一个极其复杂的过程。一般认为，冰介质的爆炸破坏主要是由炸药爆轰反应产生的爆轰波激起的爆炸应力波和爆生气体产物膨胀做功两方面的综合作用引起的。爆炸破坏过程虽然极其短暂，只在几毫秒甚至几十微秒的时间内就完成了，但这个过程的实质还是炸药能量释放、传递、分配和做功的过程。

图4-20　球形装药在冰体内部爆炸示意图

1—扩大空腔；2—压碎区；3—裂隙区；4—震动区；
Rk—空腔半径；Rc—压碎区半径；Rp—裂隙区半径

当冰体内的炸药爆炸时，引起的瞬时压力可高达数千兆帕到数万兆帕，这种巨大的压力作用于炮孔冰壁上，激起波阵面压力很高的脉冲压力，即冲击波。最靠近装药的冰介质在冲击波作用下产生很高的径向和切向压应力，其值远远大于冰介质的动态抗压强度。装药空间冰壁受到强烈压缩和融化而形成一个空腔，周围冰介质产生粉碎性破坏，形成压碎区。在压碎区内，冲击波的传播速度大于冰介质的声速，其作用范围小，但消耗能量很大。(www.xing528.com)

随着冲击波的向前传播做功，其能力急剧消耗，冲击波衰减为压缩应力波，对孔壁的径向方向产生压应力和压缩变形，而切线方向产生拉应力（环向应力）和拉伸变形。当拉伸应变超过破坏应变时，就会在径向产生裂纹。对于裂纹不发育的冻硬致密的冰体，其最初形成的裂隙是由应力波造成的，随后爆生气体进入裂缝并在准静压作用下，使裂缝进一步扩展。根据冰介质性质及装药结构的不同，爆生气体和应力波两种作用并不是等同的，而是有主有辅，但又互相配合相互影响。应力波传播速度等于冰介质的声速。

此外，在压缩波卸载时，即当径向压应力降到零值以后，紧跟着径向方向会出现拉应力。若其值超过冰介质的抗拉强度，在已经形成的径向裂隙间将产生环向裂隙，其范围较径向裂隙小。这样，在压碎区以外就形成了由拉伸破坏所产生的径向裂隙和环状裂隙组成的破裂区，称之为裂隙区。

裂隙区的半径大小主要取决于冰介质的抗拉强度，冰的抗拉强度越大，裂隙区的范围就越小。而裂隙区范围的大小对炮孔布置的参数影响是显而易见的，尤其是对炮孔的间距和最小抵抗线确定有很大影响。在裂隙区以外的冰体中，由于应力波已大大减弱以致不足以引起冰介质的破坏，而只能造成冰介质的弹性震动，到弹性震动波的能量完全被冰介质吸收为止。该作用区范围比前两个大得多，称为震动区。

由于冰体受到初始爆炸所激起的应力状态或动态应力场很快消失，后期在准静压作用下形成新的准静态应力场。当高压爆生气体作用于炮孔壁上，在应力波形成切向拉应力而产生径向裂缝的同时，孔内爆生气体因膨胀会挤入孔壁初始径向裂隙，形成“气刃”效应，使长短不一的初始裂缝得到不同程度的扩展。由于爆生气体作用时间较应力波动态作用时间长得多，并在一定时间内，其压力值相对稳定，所以，可以认为爆生气体对冰体的作用是一个准静态过程。

在强大的准静态应力场作用下，裂缝将沿最大主应力方向扩展。无论成排爆炸是否同时起爆，在相邻两孔连心线上都会出现应力集中，只要孔内准静态压力作用持续时间长，且达到一定的量值，裂缝仍能沿两孔连线方向开裂。在高阻冰体、高猛炸药、耦合装药或装药不耦合系数较小条件下，应力波的破坏作用是主要的。相反条件下爆生气体准静态的破坏作用则是主要的。