切缝药包全息激光光弹试验优化方案

文献[10]采用三维激光全息动光弹超动态综合测试系统对切缝药包爆破进行试验研究。

1. 切缝药包爆炸的特点

切缝药包定向断裂控制爆破的特点是在爆炸的瞬时，在炮孔周围形成定向的应力集中，来控制预定区域径向裂缝的发展。切缝管的作用原理是在炮孔壁四周形成不均匀的应力分布，使预定区域受到足够的破裂力。形成定向裂缝的过程可分为两个阶段：爆炸初期，在切缝管内腔还没有形成均布压强之前，在爆炸冲击波的作用下，在对准切缝的炮孔壁面局部产生了预裂缝，而后在爆生气体压力作用下使预裂缝扩展。

2. 试验结果

图13-7 为切缝药包爆破模型试验单孔全息干涉图。沿x 轴方向为切缝方向。在爆轰56 μs时，P 波已衰减，箭头标示的干涉条纹图由S 波和P 波产生。条纹分布为椭圆状，切缝连线方向为长轴，在切缝方向R 波前沿条纹比较密集。反映出切缝方向应力波超前传播，形成了较强的应力应变场。切缝方向的最大位移峰值约为垂直切缝方向的1.6 倍。

图13-7　切缝药包爆破全息干涉图（t=56 μs）[65](www.xing528.com)

图13-8 是进行岩石定向断裂的试验，断裂的方法有多种，各具特点，这里显示的是切缝药包定向的动态试验的结果[6]，从图13-8 看出，爆炸应力波在孔间连线方向加强，呈现明显的方向。

根据试验的测定结果，在切缝方向上，应力波超前传播，形成强大的应力场，切缝方向的岩石位移峰值是垂直方向的1.6 倍。这表明在切缝方向上，产生了应力集中，岩石受到较强烈的破坏，达到了有效的定向断裂作用。

图13-8　相邻切缝药包的动态应力条纹图[67]

在两孔连心面轴线上，P 波前沿有一个尖角，P 波与S 波过渡区也有一个尖角，而在其他方向没有这个特征，这说明，切缝方向受力大于其他方向，最先将在O 点汇集和叠加。

弄清切缝药包定向断裂机理是一个极为复杂和困难的问题。模型试验表明，要使沿切缝方向产生预裂缝，炮孔四周其他方向部位又不发生二次破碎，使沿x 轴方向切向拉应力最大，首先产生微波的径向预裂缝。在爆炸过程中，由于切缝管壳有一定强度，当爆轰波作用于切缝壳后，将产生透射波，透射波经环形空间衰减后再作用于孔壁，由于切缝管吸收部分能量和环形空间的衰减作用，不会在其他方向产生二次破碎作用。与此同时，由于药包和切缝管阻抗不同，爆生气体经切缝内管反射加速驱动初始裂缝向前扩展。当两个相邻切缝药包在炮孔爆炸后，两孔之间同样形成强烈的应力加强带，最后裂缝在炮孔之间贯穿。

定向断裂爆破成缝机理与光面爆破成缝机理有相似之处，但是定向断裂爆破时，使在炮孔某一方向具有较强的应力集中，应力强度因子最大。因此裂缝贯穿速度快、时间短，在相同条件下，增大了炮孔间距，减少了对炮孔壁的损坏，其动应力强度因子为KIC型，这为减少炮孔数、炸药单耗、提高周边眼痕率提供了理论依据。根据模型实验，沿定向断裂爆破方向的应力强度因子为非定向的3.75～5.4 倍，炮孔间距比光爆提高了0.5～2.5 倍。