[发明专利]一种岩石爆破变形研究的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石爆破变形研究的新方法，其属于基础理论、岩石力学、爆破理论及其应用技术研究领域。

背景技术

爆破理论就是研究炸药爆炸冲击作用与爆破变形-破坏之间关系规律的理论。从本质上来看，控制爆破变形的因素有两个方面：炸药爆炸产生的作用和被爆破对象(物质与空间组合体)的性质。

目前，世界上已有的爆破理论近十种。最早的爆破理论是克服岩石重力和摩擦力的破坏理论，后来相继出现了自由面与最小抵抗线原理，爆破流体力学理论，最大压应力、剪应力、拉应力强度理论，冲击波、应力波作用理论，反射波拉伸作用理论，爆生气体膨胀推力作用理论，爆生气体准静楔压作用理论，应力波与爆生气体共同作用理论，能量强度理论，功能平衡理论，利文斯顿的爆破漏斗理论和爆破断裂力学理论。当代公认的爆破理论主要是爆炸冲击波、应力波与爆生气体共同作用理论。

无论是早期爆破理论还是当代爆破理论，都存在一种共同缺陷：对炸药爆炸与被爆破物体变形的定量关系规律认识不足，在所有的爆破理论中都找不到描述爆破作用与爆破变形的理论公式。

20世纪80年代，在我国产生了作用学。作用学揭示了自然发展演化普遍遵守的一种自然的定量关系统一规律，这一定量统一规律给出了研究各种问题的统一方法。这个方法为进一步正确认识爆破规律、建立更科学的爆破理论奠定了良好基础。

发明内容

本发明针对现有炸药爆炸与被爆炸物体变形的定量关系规律认识的不足，提供一种岩石爆破变形研究的新方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

1、爆炸与岩石变形之间的作用学关系

爆炸产生的作用有其特殊性：快速(瞬间作用)、高强度、作用于周围四面八方、作用物质由炸药快速转化为以极高速度运动的光子团的冲击能和高速运动的气体膨胀能，具有高温、高压、作用强度大、作用迅猛等特点。这种作用的特殊性导致了受作用物质变化的特殊性。爆炸作用下，暴体迅速变形破坏，并生成向四周传递的冲击波，远处受作用物质往往以爆炸中心为波源形成波动变化形态。因此，描述爆炸作用下的物质变化方程应该是作用与波动之间的关系方程。

根据作用对立统一方程组爆炸产生的冲击膨胀作用在波前面上任意一点的作用强度σ产生两个量：实作用强度和虚作用强度，分别记为σ_T和σ_F，三者之间的关系由方程组确定。其中，T和E分别被称为波前面上任意一点的实度和虚度，分别用于描述任意点的不可改变性质和可被改变性质。根据这个方程组中的σ_F＝Eσ方程，可以确定波前面上任意质点的波动方程为

式中，ρ表示波前面上的物质密度；σ表示波前面上质点受的爆炸作用强度；x表示波源与波前之间的距离；u表示波速；t表示冲击波的波动时间；g表示重力加速度；E表示质点的虚度(可变程度)。该方程被称为爆炸作用与爆炸变形、运动之间统一关系规律描述的一般方程。其中，

A表示爆炸冲击作用量，F表示爆炸冲击作用力，t表示爆炸冲击作用时间，也是冲击波的波动时间。

受作用强度σ值与炸药性质和炸药量大小有关。σ值一般需要通过实验来确定，其确定方法可参照如下方法：

通过枪膛射击确定单位质量炸药爆炸能够产生的作用量大小。单位质量炸药在枪膛中爆炸，推动子弹运行，子弹运行的最大动量可被认为近似等于单位质量炸药爆炸产生的推动动量，记为I₀，其量纲为“米/秒”。在工程爆破中使用的炸药质量m与I₀之积等于炸药能够产生的爆炸冲击作用量，记为A，其量纲为“公斤米/秒”。即，

A＝mI₀.

该作用量首先作用于冲击波的波源面上，然后传递给波前面。假设任意波前面面积为S，那么，波前面接受炸药爆炸产生的冲击作用强度为σ，

岩层质点除了接受爆炸冲击作用强度σ的作用以外，还受重力作用控制，重力对质点产生的作用量(作用强度)为σ_G＝ρgt，所以，岩层质点在爆破变形中接受的作用量等于σ与σ_G两个量之向量和，即，岩层质点接受的即时作用量为

其它作用量，如阻碍作用量、摩擦作用量、上覆物质产生的下压作用量都不需要考虑，这些量都包含在其性质特征值之中。在研究波动时，重力作用也可以不考虑，因为，这时的重力作用属于制约因素，也可被包含在环境性质参数之中。但在研究抛出运动时必须考虑重力，因为，这时重力构成了主动作用的部分，不属于制约因素了。