1. 切缝方向与临空面方向的条纹级次
根据动光弹试验,爆破等差条纹如图13-9。
图13-9 是全息激光光弹切缝药包动态应力条纹图。塑料切缝管内径为7 mm,壁厚1 mm,不耦合系数为1.7,炮孔间距为130 mm,切缝管切缝对准O 方向。从图中可看出:当同时起爆后,应力发展从两个炮孔开始,但是它呈现非对称椭圆形分布。
由图13-9 可知,爆炸初始,随着药包内气体压力急剧升高,首先在切缝药包切缝处出现等差条纹。随着压力的增大,条纹向外扩展,数量也增加,同时由于爆生气体的作用,两切缝处的炮孔壁受压向左右扩张,从而在炮孔上下两孔壁处产生拉应力。图13-9 中1、2 幅图中,炮孔下部条纹正是拉应力产生的条纹,它为负级次(-1 级),随着爆炸压力的增强,在临空面方向也开始出现压应力,等差系统变成正级次。如图13-8 中3、4 幅图,随着条纹的增多和扩展,两缝处的应力波与临空面方向上的应力波相遇并互相作用,使条纹变得复杂,规律不强,但可看出,垂直切缝方向的非切缝护壁的一侧条纹出现迟缓,条纹级次明显低于切缝和临空面方向上,最高达到2.5 级和2 级,而非切缝方向护壁面一侧仅有1 级,即切缝方向和临空面上的剪应力分别是非切缝护壁面一侧方向上的2.5 倍和2 倍。
图13-9 切缝隔振护壁爆破等差条纹
2. 切缝方向与临空面上的最大剪应力
图13-9 中的第5 幅图(18 μs)的局部放大,即图13-10。
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图13-10 切缝隔振护壁爆破等差条纹[2]
从图13-10 中可以看出,切缝方向和临空面方向的应力集中现象比较严重,试验得到的切缝方向和临空方向的最大剪应力,与非切缝方向(即隔振护壁一侧)最大剪应力的比值达1.75。
3. 垂直于切缝方向自由面一侧的主剪应力大于非切缝方向一侧。
根据图13-10 绘制剪应力与比例距离关系曲线图[66],如图13-11。
从图13-11 中明显看出,自由面一侧的主剪应力明显大于非切缝的隔振护壁面一侧的剪力。文献[67]研究表明,切缝药包有很强的聚能效应。切缝药包爆炸时,高能密度的气体流冲击塑料套管内壁,由于药包的切缝方向不存在任何阻力作用,因此切缝附近的高压气体流向切缝方向汇集,使得切缝处的炮孔壁首先直接受到爆生气体的作用,这种高密度的气体流对岩体局部区域的冲击作用增强了作用在炮孔壁上的最大压应力,从而使得切缝方向的压力差增大,在该处孔壁上形成延伸很短的剪切破坏面。然后爆炸压力对临空面方向孔壁的作用,将可能使剪应力破坏面进一步扩展和破坏,在爆炸后期临空面一侧的隔振护壁管材对爆炸产物已经没有约束作用,这种装药结构有利于切缝方向裂纹的形成和临空面(自由面)方向介质的破坏。
图13-11 主剪应力与比例距离关系曲线(18 μs 时)[3]
1—切缝方向和临空面方向;2—非切缝该方向隔振护壁面
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