【正文】 是彈性的 ， 巖石中直接生成彈性應(yīng)力波 （ 簡稱應(yīng)力波 ） ， 進而按彈性波理論或聲學(xué)近似理論確定巖石界面上的初始壓力 。在炸藥巖石的分界面上有連續(xù)條件 偶合裝藥時傳入巖石中的爆炸載荷 22PP??uu? ?巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 1節(jié)炸藥爆炸傳入巖石中的載荷 分別對入射波、反射波和透射波建立連續(xù)方程和運動方程，并利用界面上的連續(xù)條件即可求得 偶合裝藥時傳入巖石中的爆炸載荷 201 0 0 1 211/ mPP NP P N D D??? ????式中 ? ?011 2 1DN Du??? ? ?由于 P2P0， P1P0， P0可忽略 ， 上式可化為 210 1 211/ mNPPN D?????（ 4－ 5） 分別稱為炸藥的 沖擊阻抗 、 爆轟產(chǎn)物的沖擊阻抗 和 巖石的沖擊阻抗 。 爆轟波對炮眼壁的沖擊 偶合裝藥時傳入巖石中的爆炸載荷 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 1節(jié)炸藥爆炸傳入巖石中的載荷 目前確定炸藥爆轟傳入巖石的載荷，采用的是近似方法。 式 （ 43） 中 ， 5個方程含有 6個未知數(shù) ，因此需要事先 確定其中之一方可得到確定解 。如果裝入藥室的炸藥包（卷）與藥室壁之間留有一定的空隙，則稱為 不偶合裝藥 。巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 巖 石 動 力 學(xué) 劉 軍 () 二 OO八年三月 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 4章 巖石中的爆炸應(yīng)力波 主 要 內(nèi) 容 炸藥爆炸傳入巖石中的載荷 巖石中的應(yīng)力波速度 巖石中爆炸應(yīng)力波的傳播特征與衰減規(guī)律 應(yīng)力波通過結(jié)構(gòu)面的傳播 層狀巖石中應(yīng)力波的傳播 順巖石表面?zhèn)鞑サ膽?yīng)力波 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 0節(jié) 綜 述 巖石中的爆炸應(yīng)力波來自埋入巖石中炸藥的爆轟（爆炸）。不偶合裝藥分為 徑向不偶合裝藥 和 軸向不偶合裝藥 兩種情況，分別用裝藥 不偶合系數(shù) 和 裝藥系數(shù) 來表述各自的裝藥不偶合程度。 較易實現(xiàn)的做法是 ， 通過實驗手段測定炸藥的爆速 ， 而后由方程求出其余參數(shù) 。由于在裝藥表面附近，球面爆轟波的曲率半徑已減小到很小，波頭與炮眼壁間的夾角 爆轟波的入射角不大，因而近似將爆轟波對炮眼壁的沖擊看成正沖擊，可按正入射求解巖石中的透射波參數(shù)。 他們都是物質(zhì)受擾動前的密度與波相對于受擾動物質(zhì)傳播速度的乘積 。 根據(jù)聲學(xué)近似理論可推得 210121/ mpPP DC??? ?（ 4－ 7） 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 1節(jié)炸藥爆炸傳入巖石中的載荷 不偶合裝藥情況下，爆轟波首先壓縮裝藥與藥室壁 之間間隙內(nèi)的空氣，引起空氣沖擊波，而后再由空氣沖 擊波作用于藥室壁，對藥室壁巖石加載。 根據(jù)有關(guān)研究 ， 爆轟產(chǎn)物撞擊藥室壁時 ， 壓力將明顯增大 ， 增大倍數(shù) n=8~11。 應(yīng)力波速度與巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系 巖石中的應(yīng)力波速度值是巖石孔隙率 、彈性模量 、 結(jié)構(gòu)完整性等的綜合反應(yīng) 。 應(yīng)力波速度與巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系 巖石中的應(yīng)力波速度值是巖石孔隙率 、 彈性模量 、 結(jié)構(gòu)完整性等的綜合反應(yīng) 。 表 31為常見巖石的彈性波速度 ， 表 32為常見巖石的彈性性質(zhì) 。 應(yīng)力波速度與巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系 巖石名稱 容重 103Kg/m3 巖體內(nèi)的縱 波速度 103m/s 巖石桿內(nèi)的 縱波速度， 103m/s 巖體的橫波 速度， 103m/s 石 灰 巖 石 灰 巖 白大理巖 砂 巖 ~ ~ 花 崗 巖 石 英 巖 頁 巖 ~ ~ 煤 表 41 部分巖石的彈性波速度 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 2節(jié) 巖石中的應(yīng)力波速度 應(yīng)力波速度與巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系 表 42 部分巖石的彈性性質(zhì) 巖石名稱 泊松比 彈性模量 MPa 剪切模量 MPa 體積壓縮模量 拉梅 常數(shù) 波阻抗 石灰?guī)r 石灰?guī)r 白大理巖 砂巖 ~ 花崗巖 石英巖 頁 巖 ~ 煤 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 2節(jié) 巖石中的應(yīng)力波速度 影響應(yīng)力波速度的巖石性質(zhì)參數(shù) 需要說明 ， 應(yīng)力波在巖體中傳播 ， 由于巖石的側(cè)向變形受到限制 ， 因而速度比其在巖石桿件中傳播使大 ， 應(yīng)用時應(yīng)注意區(qū)分 。 ?巖石組成 應(yīng)力波在非均質(zhì)的巖石中傳播時，擾動在不同礦物成分之間的傳播速度不同。 根據(jù) F． 伯奇和 V． 倫威斯克的研究 ， 對于普通巖石 ， 波速與密度成正比 。 對具體的巖石 ， 其結(jié)晶粒之間的孔隙形狀對巖石中的波速也有影響 ， 如石灰?guī)r中結(jié)晶粒間有貝殼形孔隙時 ， 孔隙率對波速的影響較小 ， 而當(dāng)結(jié)晶粒間有圓球形孔隙時 ， 則孔隙率對波速的影響較大 。 巖石名稱 巖芯 方向 縱波速度 Km/s 橫波速度 Km/s 彈性模量 104MPa 泊松 比 大理巖 X Y Z 里昂砂巖 X Y 格林河頁巖 （節(jié)理不發(fā)育） X Y 格林河頁巖 （節(jié)理發(fā)育） X Y 表 43 巖石特定方向上的波速及彈性常數(shù) 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 2節(jié) 巖石中的應(yīng)力波速度 應(yīng)力波速度與巖石力學(xué)性質(zhì)參數(shù)的關(guān)系 ?應(yīng)力狀態(tài) 在一定的壓縮應(yīng)力作用下 ， 巖石中的波速要增大 。 1砂巖， 2花崗巖， 3白云巖，4片巖， 5玄武巖， 6輝長巖。 表 44 巖石中充填物質(zhì)的縱波速度 充填物質(zhì) 密度 Kg/m3 縱波速度 m/s 水 1000 1485 冰 918 3200~3300 空氣 331 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 第 3節(jié) 巖石中爆炸應(yīng)力波的傳播特征與衰減規(guī)律 綜 述 絕大多數(shù)情況下 ， 巖石爆破采用柱狀裝藥或延長裝藥 ， 在巖石中傳播的爆炸應(yīng)力波為柱面波 。 綜合當(dāng)前的研究成果 ， 沖擊波 、 應(yīng)力波和地震波等在傳播過程中遵循相同的規(guī)律 —— 指數(shù)規(guī)律衰減 ， 但衰減指數(shù)不同 。 圖 48b。 圖 48c。 這時可把巖石看成流體 ， 沖擊波壓力 P隨距離的衰減規(guī)律為 第 3節(jié) 巖石中爆炸應(yīng)力波的傳播特征與衰減規(guī)律 2rP P r ?? ???式中 為比距離 ， ， r為距藥室中心的距離 ， rb為藥室 （ 炮眼 ）半徑； σ r為徑向應(yīng)力峰值； a為壓力衰減指數(shù) ， 對沖擊波 ， 取 a=3 或 。 這樣 ，知道其中之一參數(shù)便可求得沖擊波陣面上的所有狀態(tài)參量 。 ? ?0 1D D B r? ? ?進一步 ， 可以求得沖擊波的作用范圍 ? ?01/br r D D B? ? ?????（ 4－ 20） 根據(jù)研究與實驗觀察 ， 常規(guī)炸藥在巖石引起的沖擊波作用范圍僅有裝藥半徑的 3~5倍 。 前蘇聯(lián)學(xué)者給出的應(yīng)力波的衰減指數(shù)為 2 1 ?? ??? ?（ 4－ 21） 巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 巖石中爆炸應(yīng)力波的衰減 第 3節(jié) 巖石中爆炸應(yīng)力波的傳播特征與衰減規(guī)律 此外，我國武漢巖土力學(xué)研究所通過現(xiàn)場試驗得出的應(yīng)力波衰減指數(shù)為 （ 4－ 22） 在應(yīng)力波作用區(qū)，巖石中柱狀應(yīng)力波的徑向與切向應(yīng)力之間有如下關(guān)系 （ 4－ 23） 應(yīng)力波進一步衰減將變成地震波 ， 習(xí)慣上用質(zhì)點速度來表示地震撥的強度 ，這時其衰件規(guī)律表示為 （ 4－ 24） 74 . 1 1 1 0 2 . 9 2rpC?? ?? ? ? ? ?1 r?????? ? QuKr???? ????式中 K為與巖石性質(zhì)有關(guān)的系數(shù) ， 巖石中 K=30~70， 土壤中 K=200；衰減指數(shù) α =1~2； Q為一次起爆的炸藥質(zhì)量 ， Kg， 分段爆破時為同段起爆的炸藥量； u、 r的量綱分別是 m/s和 m。 第三章中 ， 我們討論了結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖石無相對滑動可能時 ， 應(yīng)力波斜入射的反射 、 透射情況 ， 本節(jié)將進一步討論結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖石可滑動時 ， 應(yīng)力波斜入射的傳遞情況 。 結(jié)構(gòu)面兩側(cè)巖石的容重與縱波 、 橫波速度分別用 ρ r、 Cp、 Cs和 ρ r1 、 Cp Cs1表示 。2巖石動力學(xué)課件 Rock Dynamics 應(yīng)力波向結(jié)構(gòu)面斜入射時的一般解 第 4節(jié) 應(yīng)力波通過結(jié)構(gòu)面的傳播 假若結(jié)構(gòu)面是有摩擦能滑動的，則其應(yīng)力、應(yīng)變應(yīng)滿足下列 邊界條件： （ 4－ 33）