岩体爆破中裂缝贯通的动光弹试验

朱振海、曲广建、杨永琦先生等[51]用动态光弹性模型试验方法研究了两炮孔同时起爆和不同时起爆时，炮孔间裂缝扩展、贯穿、应力波传播、叠加的动态全过程。这为定向断裂控制爆破参数的优化提供了理论依据。

对于先起爆的炮孔来说，裂纹的产生是随机的，如果在先起爆的炮孔旁钻一个空孔（导向孔），就可以克服先爆炮孔周围裂纹产生的随机性，而达到控制的目的。由此，我们[51]可设计出获得炮孔之间裂纹贯穿的最佳方案，即在先起爆的炮孔旁钻一个穿孔，并采用合适的起爆时差。图7-32 给出了这一最佳方案的模拟试验动态过程照片。在照片（a）上，炮孔A 被先起爆，当PA波传过离A 炮孔30 mm 的空孔时，在空孔壁上产生了沿连心线方向扩展的导向裂纹，在照片（b）上可见到B 孔已被起爆由空孔扩展来的裂纹正在高速扩展。由于B 孔是在A 孔产生的动态拉伸应力场存在的情况下起爆的，所以，在B 孔上F 点产生了主导裂纹，其扩展方向沿连心线，见图（c）。此时，B 孔产生的P 波（PB波）正与由空孔传来的裂纹相互作用。在照片（d）上，两炮孔之间的裂缝恰好贯穿，而且在孔间仅一条裂纹，几乎紧挨连心线。这种布孔和延时起爆方式无论从能量利用方面还是从裂纹分布[51]形式上来说都是很理想的。可以推测，在此条件下，若采用较大的孔距（如此次试验中孔距是炮孔直径的13.3 倍），也可获得较好的光爆效果。图7-33 给出了与图7-32 相应的x-t 图。由图7-33 可进一步看到，当PA掠过空孔后，空孔上就产生了裂纹，该裂纹开始扩展较慢，当SA波与裂纹作用后，裂纹速度开始提高，当PB波与裂纹作用后，裂纹速度进一步提高，当SB波与该裂纹相互作用后，该裂纹扩展速度开始下降。炮孔之间两裂纹大约在t=116 μs 时相遇，相遇点离左炮孔中心大约78 mm[51]。

小结[51]：

文献[10]的作者们用动光弹模拟试验方法研究了两炮孔之间裂缝贯穿的全过程，描述了起爆延时对裂缝产生、扩展和贯穿的影响，概括起来，可得如下四点认识，供进一步探讨和工程实践参考：

图7-32　炮孔间最佳贯穿方案的试验记录照片，空孔距左孔30 mm，孔间延时50 μs [51](www.xing528.com)

图7-33　与图7-32　相应的应力波、裂纹传播的x-t 图[51]

（1）采用同时起爆方法，虽然在炮孔之间存在应力波的叠加，但没有见到在叠加作用处优先产生裂缝，裂缝都是从炮孔壁产生，并在炮孔之间贯穿的。这说明了应力波叠加作用会优先产生裂缝的观点尚需进一步探讨。

（2）当起爆延时较短（l /cP﹤Δ t ﹤l /cs）时，先爆炮孔产生的应力波在后爆炮孔孔壁附近产生动态拉应力集中，在此条件下起爆另一个炮孔，就可以在后爆孔孔壁上产生沿连心线方向的裂缝。

（3）在先起爆的炮孔旁钻导向孔可以减小甚至消除在先起爆的炮孔孔壁上产生随机裂缝的可能性，从而达到控制裂纹产生和扩展的目的。

（4）在先起爆的炮孔旁钻导向孔，同时采用合适的起爆延时，可以获得炮孔间裂纹的最佳贯穿。