应力集中原理：解析与实践

（1）应力集中原理。

① 空孔的应力集中原理。爆破时，装药孔附近的空孔起到应力集中作用，如图7-7 所示；使裂隙只向距离较近的空孔发展，如图7-8 所示，装药孔附近的穿孔对裂隙起到了导向作用，并使其他方向上的裂隙受到抑制[35]。

图7-7　空孔的应力集中作用

图7-8　空孔的导向作用

② 装药孔的应力集中原理。采用不耦合装药，使装药孔也具有空孔的性质。虽然定向断裂控制爆破均采用同时起爆，但是还存在一定的时间误差。因此，后爆孔为先爆孔起到了导向空孔作用。

（2）空孔效应的试验[35]

① 文献[33]在有机玻璃板上（厚40～70 mm）进行了有空孔的单孔爆破试验。布孔情况见图7-9。

图7-9　有空孔的单孔爆破示意图[35]

A—爆破孔；m、n—A、B 两孔中心连线与空孔B 之交点；a—孔距

A 孔进行不耦合装药爆破，不耦合系数为K，当a 选择合适时，空孔B 的m 点处产生沿孔中心连线的裂纹。当a 进一步缩小或K 值减小时，n 处也会发生开裂。但当a 增大到一定值后，就是把模型炸碎，也不会在孔的中心连线m 和n 方向开裂。

从试验中得出，当孔距a 为爆破孔孔径D 的2～3 倍时，m、n 点能产生裂纹，a 大于3D时，在有机玻璃模型上就不易有这种裂纹产生。例如：不耦合系数为5.5 时，距爆破孔22 mm处的空孔拉开了裂纹，而另一侧，孔距为25 mm 处的穿孔便没有拉开裂纹，见图7-10。(www.xing528.com)

图7-10　中间为爆破孔，两侧为空孔的成缝照片

② 有空孔的单孔爆破，空孔裂纹形成的测定与分析当进一步缩小孔距或减小K 值，也会拉开一条连中线的裂缝（图7-11）。从照片上可看出，裂缝是从空孔内壁m、n 点沿连中线方向向两侧扩展的。空孔裂缝形成的测定示意见图7-12。

图7-11　中间是装药孔，两侧是空孔时的连中线裂缝形成照片[35]

图7-12　空孔裂缝形成的测定示意图

A—孔起爆时间；2、3—空孔B 的m、n 点开裂时间测得的时间间隔1～2 为30～55 μs，1～3 为35～60 μs

从此试验可看出A 孔爆破可使得邻近A 的空孔B 的m、n 处产生孔中心连线方向上的裂纹，这是由于A 孔爆炸产生的应力波遇到空孔B 时，在m、n 点产生孔边动拉应力集中所致，见图7-13。

图7-13　空孔孔边应力集中示意图[35]

当此孔边拉应力集中值大于介质的动抗拉极限强度时，m、n 处就发生开裂现象。当a 大于孔径的3 倍时，m、n 点就不易产生裂纹。

空孔的导向作用：在预裂爆破中，当要求预裂爆破质量较高或进行曲面预裂爆破时，用空孔作导向孔是有一定作用的，但导向孔与爆破孔的距离不能太大。我们在现场曾用钻孔电视观察了与预裂孔孔距相等的空孔壁，爆破后孔壁未产生新的裂纹，这说明距爆破孔较远的空孔起不到导向作用。导向孔距爆破孔的距离应远小于两预裂孔之间的距离。