水工围堰拆除：陆地岩石爆破机理解析

由于炸药的爆炸反应是一个高温、高压和高速的瞬态过程，被爆岩体性质和爆破条件复杂多变，且岩体爆破破坏又是一个历时极为短暂的过程，因此，给直接观测和研究岩体破坏机理造成极大的困难。迄今为止，人们对岩体爆破作用过程了解的仍然不够透彻，尚未形成一套完整系统的爆破理论。尽管如此，随着长期实践经验的积累和现代科学技术的发展，借助先进的动态测试技术以及爆破模型试验，对岩体爆破作用机理的研究取得了一定的进展，提出了多种爆破作用机理的观点，这些理论在一定程度上反映了岩体爆破破坏的规律，对生产实践具有一定的指导意义和应用价值。目前比较流行的有：爆轰气体压力作用学说、应力波作用学说、应力波与爆轰气体压力共同作用学说。

爆轰气体压力作用学说从静力学的观点出发，认为药包爆炸后，产生大量的高温、高压气体，这些爆炸气体膨胀所产生的压力作用在药包周围的岩壁上，引起岩体质点的径向位移。由于作用力不等而引起不同的径向位移，导致在岩体中形成剪切应力，当这种剪切应力超过岩石的动态抗剪强度时，岩石就会产生剪切破坏。当爆轰气体膨胀压力足够大时，还会引起自由面附近的岩石隆起、开裂并沿径向方向抛掷。但这种观点忽视了岩石中冲击波的破坏作用。

应力波作用学说从爆炸动力学的观点出发，认为药包爆炸时产生强烈的冲击波，冲击和压缩周围的岩体，造成岩体的局部粉碎，同时爆炸压缩应力波在爆源的环向派生出拉应力，当环向拉应力超过岩石的动态抗拉强度时，就会沿爆源径向产生拉裂缝；当压应力波传播到自由面时，从界面反射而形成拉伸应力波，若反射拉伸波的强度超过岩石的动态抗拉强度时，则会从界面开始向爆源方向产生拉伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩石的动抗拉强度处为止。因此，岩石的破碎主要是入射波和反射波作用的结果，爆轰气体的作用只限于岩石的辅助破碎和裂缝岩石的抛掷。(www.xing528.com)

应力波与爆轰气体压力共同作用学说认为：岩石的破坏是应力波和爆轰气体共同作用的结果。爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体的压力和传播速度，爆轰波首先作用于药包周围的岩壁上，在岩石中激发形成冲击波，其压力高达几万兆帕、温度达3000℃以上，远远超过岩石的动态抗压强度，致使炮孔周围岩石呈塑性状态，在几到几十毫米的范围内岩石熔融、粉碎成微细的颗粒，把原来的炮孔扩大成空腔，形成粉碎区，如果所处岩石为塑性岩石（黏土质岩石、凝灰岩、绿泥岩等），则近区岩石被压缩成致密的、坚固的硬壳空腔，形成压缩区。由于粉碎区是处于坚固岩石的约束条件下，大多数岩石的动态抗压强度都很大，冲击波的大部分能量已消耗于岩石的塑性变形、粉碎和加热等方面，致使冲击波的能量急剧下降，其波阵面的压力很快就下降到不足以粉碎岩石，所以粉碎区半径很小，一般约为药包半径的几倍。当冲击波通过粉碎区以后，继续向外层岩石中传播，随着冲击波传播范围的扩大，岩石单位面积的能流密度降低，冲击波衰减为压缩应力波，其强度已低于岩石的动抗压强度，不能直接压碎岩石，但是，它可使粉碎区外层的岩石遭到强烈的径向压缩，使岩石的质点产生径向位移，因而导致外围岩石层中产生径向扩张和切向拉伸应变。如果这种切向拉伸应变超过了岩石的动抗拉强度，那么在外围的岩石层中就会产生径向裂隙，这种裂隙以0.15～0.4倍压缩应力波的传播速度向前延伸。当切向拉伸应力小到低于岩石的动抗拉强度时，裂隙便停止向前发展。此时，便会产生与压缩应力波作用方向相反的向心拉伸应力，使岩石质点产生反向的径向移动，当径向拉伸应力超过岩石的动抗拉强度时，在岩石中便会出现环向的裂隙。当药包有临空面时，药包爆破后除产生内部的破坏作用以外，还会在自由面产生破坏作用，根据应力波反射原理，当药包爆炸以后，压缩应力波到达自由面时，便从自由面反射回来，变为性质和方向完全相反的拉伸应力波，这种反射拉伸波可以引起岩石片落和引起径向裂隙的扩展。同时爆轰气体产物作用于被冲击波压碎的岩石，并楔入到应力波作用下产生的裂隙中，使之继续延伸和进一步扩展，当爆轰气体压力足够大时，将推动破碎岩块向径向抛掷。裂隙区以外的岩体中，由于应力波引起的应力状态和爆轰气体压力建立起的准静应力场均不足以使岩石破坏，只能引起岩石质点做弹性振动，直到弹性振动波的能量被岩石完全吸收为止。该学说综合考虑了冲击波和爆轰气体在岩石破坏过程中所起的作用，更切合实际而为大多数研究者所接受。