Page 88 - 2022年第53卷第9期

石的 “片落”，还促进了岩石爆破内部作用下裂纹的萌生扩展。
图 ２３为了测点（图 １４）在不同抵抗线条件下的时－ 能密度曲线。由图中可知，抵抗线为 ２．０ｍ时，
其振动能量峰值为 ０．５ｋＪ，随着抵抗线的减小，振动能峰值逐渐降低，当抵抗线为 １．０ｍ时，其振动
能量峰值为 ０．１３ｋＪ，约为抵抗线为 ２．０ｍ时的 ２６％。抵抗线的减小，使得炮孔所受夹制作用减弱，爆
破外部作用增强，进而导致反射产生拉应波强度增加，爆破损伤及塑性区范围增大，更多的爆炸能量
用于岩石破碎与抛掷，转化为爆破振动的能量占比降低。

图 ２３ 不同抵抗线条件下的时－ 能密度曲线 图 ２４ 岩石爆破破碎分区示意

５ 不同炮孔诱发振动差异的内因探讨

５．１ 岩石爆破破碎分区 炸药在岩石中爆炸的瞬间会形成高温高压的爆生气体及剧烈的冲击波。在冲
击波的作用下，炮孔周围岩体被充分破碎，形成粉碎区，粉碎区的形成消耗了大量能量，故在粉碎区
外边缘，冲击波转变为应力波；随后，在应力波的作用下，岩体内形成径向及环向裂隙，同时爆生气
体随机渗入，驱使裂隙的进一步发展，形成裂隙区。在裂隙区外边缘，应力波衰减为地震波，仅能引
起岩体的弹性振动，故又称裂隙区以外的区域为弹性区，相应的可将粉碎区和裂隙区合称为塑性区。
图 ２４示意了岩石爆破破碎分区 ［２５］ 。
由此可见，岩石爆破本身是个复杂的由非线性向线性过渡的过程，而爆破地震波可看作 “炸药 －
岩石” 这一力学体系中岩石的动力响应，主要形成于塑性区以外。因而在研究爆破振动特性的过程
中，需综合考虑炸药的爆轰、岩石的响应和炸药－ 岩石的能量传输与分配等。
５．２ 爆炸能量的分配 Ｓａｎｃｈｉｄｒｉáｎ等 ［４］ 研究表明岩石爆破中炸药的爆炸能量主要转化为四部分：①岩
石破碎能；②岩石爆破振动能；③岩石抛掷能（岩石碎块的动能）；④其它能量（空气冲击波、气体溢
出散失的能量、噪声、岩石内能等）。而由前文的分析可知，装药结构、起爆方式和抵抗线大小均会
影响炸药能量的分配。预裂孔为轮廓孔，多采用不耦合装药，且通过导爆索侧向起爆，抵抗线也较
大，而计算结果显示（见图 １６、图 １９和图 ２２），这三种情况下爆破粉碎区及裂隙区的范围均会减小，
消耗于岩石破碎及抛掷的能量降低。在爆炸释放总能量不变的条件下，用于岩石破碎及抛掷的能量减
少，势必会导致爆破振动能的增加（见图 １８、图 ２１和图 ２３），故在同一当量水平下，预裂孔爆破诱发
的振动峰值普遍高于主爆孔和光爆孔（见图 ７）。光爆孔虽为轮廓控制孔，但其抵抗线小于预裂孔和主
爆孔，岩石爆破的夹制作用减弱，爆破损伤区及塑性区的大小与主爆孔差别不大，同一当量水平下，
二者转化为爆破振动的能量相近，爆破振动峰值水平大体相当。
５．３ 塑性区的发展 爆破振动主频的影响因素复杂，卢文波等 ［２６ － ２７］ 借助量纲分析的方法提出了爆破
振动主频的衰减公式：

Ｃ Ｑ １?３ β
ｐ
ｆ ＝ ξ １?３( ) （９）
Ｑ Ｒ
４
Ｑ ＝ π ｑａ ３ （１０）
０
３
式中：ξ 和 β 为场地系数；Ｃ为纵波波速；ａ为塑性区半径；Ｒ为爆心距。
ｐ ０
１
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