山东大学《钻眼爆破试卷答案（本科2）》20春考核辅导答案

钻眼爆破试卷答案（本科2）
简答题
1. 什么是爆轰波？解释爆轰波的Z-N-D模型
在炸药中传播的伴随有快速化学反应区的冲击波称为爆轰波。 其特征如下：
Z-N-D模型是爆轰波波头结构模型。


爆轰波结构示意图
图中：P1为冲击波压力，与之对应的1-1为冲击波波阵面，PH为爆轰压力，与之对应的2-2面为爆轰化学反应区的末端面，称为爆轰波波阵面，常叫C—J面。 化学反应区很薄，前面未扰动的介质为炸药，后面为爆轰产物膨胀区。
2. 简述爆炸波的分类及在岩体中的传播衰减过程
答：装药爆炸后，产生冲击波，作用于爆炸中心近区岩体。冲击波具有陡峭的波头，并以超声速传播，波阵面前后的岩石状态参数都发生突跃性变化。随着冲击波传播距离的增大，能量快速消耗，波头变缓，衰变为应力波，并以声波速度传播，但仍具有脉冲性，传播过程中能量消耗比冲击波小，衰减缓慢。随着传播距离的增大，压缩应力波衰变为具有周期性振动的地震波。在距爆炸中心不同距离的区段内的作用表现为爆炸冲击波、爆炸应力波、地震波。分析题
1. 试分析岩石爆破径向裂隙和环状裂隙的形成机理
爆炸冲击波在爆源近区形成压碎区，压碎区外，冲击波衰减为压缩应力波，当应力波的径向压应力值低于岩石的抗压强度时，岩石不会被压坏，但仍能引起岩石质点的径向位移。由于岩石受到径向压应力的同时，在切线方向上受到拉应力，而岩石是脆性介质，其抗拉强度很低。因此，当切向拉应力值大于岩石的抗拉强度时，岩石即被拉断，由此产生了与压碎区相通的径向裂隙。在爆生气体的膨胀、挤压及气楔作用下径向裂隙继续扩展和延伸。
受冲击波、应力波的强烈压缩作用，岩石内积聚了一部分弹性变形能。当压碎区形成、径向裂隙展开、爆腔内爆生气体压力下降到一定程度时，原先积聚的这部分能量就会释放出来，并转变为卸载波向爆源中心传播，产生了与压应力波方向相反的向心拉应力波，使岩石质点产生向心运动，当此拉伸应力波的拉应力值大于岩石的抗拉强度时，岩石就会被拉断，形成了爆腔周围岩石中的环状裂隙。
2. 分析爆破地震预测公式的合理性
经典预测爆破震动的公式具有以下形式：

式中：
为质点振动速度峰值，
；
炸药质量，
；
质点到爆源的距离，
；
为与岩体性质有关的系数。我国常用萨道夫斯基公式预测爆破地震波的幅值，具体式子为
，式中各符号意义同前，
均为正值。
量纲分析：等号两边单位应该相同。而等号右边括号内
炸药质量，单位为
，其开论述题
1. 某水电站引水隧道爆破掘进中爆破效率只有通常爆破效率的一半，经现场地应力测试，该引水隧道内的构造地应力为40MPa，根据爆炸力学知识解释爆破效率低的原因，并提出改善措施。
该问题主要分析粉碎区之外岩体裂纹扩展，在粉碎区之外压力降低，由于处在高地应力下，岩体完整性好，为简化力学分析，假设其为弹性体。对于钻孔爆破，取一个炮孔及其周围的岩体进行分析，该问题可近似为平面应变问题。如图1所示，内半径为
，
；外半径为
，
，
为孔间距；
为粉碎区边界上的爆炸压力；
为地应力，
。  图1 计算模型
计算粉碎区边界上的爆炸压力：
耦合装药时炮孔壁上初始冲击波载荷按下式计算

  
式中
为炸药的密度，
；
为炸药爆轰速度，
；
为爆轰产物的等熵指数，
；
为岩石密度，
；
为岩石中纵波波速，
。
由上式计算出的炮孔壁上初始冲击波载荷约为10
，强大的压力使爆源附近岩体粉碎，形成粉碎区，粉碎区半径用下式计算

         
式中
为炮孔半径，
；
为岩石的单轴动态抗压强度，
；
；
；
为冲击波区载荷传播衰减系数，
；
为动态泊松比；
为侧向应力系数，
；其它符号意义同前。
粉碎区边界上的应力为：

      
该问题的应力函数满足下面的方程

         

为应力函数，由于是轴对称问题，它仅是
的函数，即

边界条件：
      


     
            
由于
，所以方程（4）解的近似解为

                

                  
径向应力
始终为压应力，环向应力与地应力水平和到炮孔的距离都有很大关系，地应力越大，离炮孔越近，压应力越明显。当地应力大于15
时，10倍炮孔直径范围内，环向应力均为压应力，岩石不会被拉坏。这就是高地应力下爆破效率低的原因。
具体改善措施：                           
增加炮孔半径
选用高爆速炸药
减少钻孔深度