Page 144 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 康普林，等： 考虑药包爆破动-静时序作用的漏斗形成机理 第 5 期

source, which can also induce reflective tensile damage, forming “slice drop” failure at free surfaces. Explosion gases, on the
other hand, are the main drivers of radially extensive fractures in the far-field region of the explosion source and propel
fragmented rock outward at a high velocity. Explosion gases exhibit not only quasi-static effects but also dynamic effects,
extending the duration of blasting vibrations and amplifying the peak vibration velocity. The development of fractures during
crater formation can be broadly categorized into three stages: stress wave-induced fracturing, explosion gas-induced fracturing,
and deformation energy release-induced fracturing.
Keywords: blasting crater; blasting stress wave; explosion gas; fracture development; dynamic-static sequential action

[1]
钻孔爆破作为一种高效经济的破岩手段，长期应用于水利水电、矿山、交通、军事等多个领域 。爆
[2]
破漏斗试验法是确定爆破参数的主要方法之一 ，对爆破漏斗的研究是爆破工程中最为核心的基础性研
究之一。深入研究爆破漏斗的形成机理，可以进一步理解群孔爆破破岩机理，为复杂爆破作业提供
指导 。
[3]
20 世纪 50 年代，美国科罗拉多矿业学院的 Livingston 在进行了大量的爆破漏斗试验并深入研究爆
[4]
破理论后，提出了第一个科学的爆破漏斗理论 ，继而国内外的学者们开展了大量的现场或相似实验，深
[3]
入研究了爆破漏斗理论。范勇等 基于白马铁矿的现场爆破漏斗试验，分析了药包埋深和质量对爆破漏
斗几何特征及破碎块度的影响；史涵虚等 [5] 在长滩露天煤矿开展了现场单孔爆破漏斗试验，结合岩体声
[6]
波测试、室内岩石力学试验等，获取了岩体可爆性分级相关指标；张智宇等 、李祥龙等 [7] 结合高速摄影
和爆破漏斗模型试验，对爆破漏斗鼓包运动进行了记录分析，构建了爆破漏斗的鼓包运动模型；Zhang 等 [8]
采用数字图像相关（digital image correlation，DIC）技术研究了不同静载条件下岩石爆破的应变场演化，分
析了静应力对最大主应变场的影响，揭示了自由表面裂隙的形成机理；Yan 等 [9] 开展了不同单轴应力作
用下的爆破漏斗试验，定量分析了爆破漏斗直径、面积、体积与应力强度比之间的关系，进一步研究了
爆破漏斗参数与静应力之间的定量关系；Pan 等 [10] 在新山卡房矿山进行了多次现场爆破漏斗试验，并利
用神经网络对爆破参数进行了优化计算，神经网络在工程中得到了应用。
受现场环境、技术条件、爆破器材等因素的限制，开展现场或相似试验存在一定的难度与风险，随
着计算机技术的发展，数值模拟方法在爆破漏斗的分析中得到了广泛应用。冯春等 [11] 利用连续-非连续
单元方法（continuous-discontinuous element method，CDEM）开展了爆破漏斗数值模拟，模拟结果与试验结
果基本一致；Hu [12] 采用 SPH-DAM-FEM（smooth particle hydrodynamics-damage model-finite element
method）方法，分析了爆炸过程中的不连续特征、大变形和损伤情况，复现了岩体中爆破响应的完整情
况；Yu 等 [13] 、Gao 等 [14] 基于 PFC（particle flow code）根据现场岩石条件，建立了岩体模型，以颗粒膨胀加
载算法对岩体爆破进行了数值分析，爆破漏斗的模拟尺寸与现场爆破试验基本一致；Zhang 等 [15] 通过
PFC 数值模拟得到的振动速度曲线虽与现场存在一定程度的差异，但爆破漏斗尺寸与试验结果吻合较
好，为岩石爆破模拟提供了较为可靠的数值模拟方法。
相较于常用的有限元方法 [16-17] ，离散元方法可以较准确地模拟岩土介质的裂隙扩展情况 [18-19] ，同时
可以通过多种方法模拟爆炸载荷的施加 [20-21] 。尽管诸多学者们在离散元爆破模拟方面取得了有价值的
成果，但仍存在一些问题亟待解决，其中，如何合理施加爆炸载荷并实现爆炸应力波与爆生气体的时序
作用尤为关键，相关研究也较为缺乏。
因此，基于上述研究，拟改进离散元爆破模拟中的爆炸载荷加载方法，构建考虑药包爆破动-静时序
作用的爆炸载荷联合加载模型，结合爆炸应力波与爆生气体的不同特点，运用不同的方法施加对应载
荷，模拟爆破漏斗的形成过程，并研究该过程中岩体的裂隙发育与破碎抛掷情况，同时分析该过程中爆
炸应力波与爆生气体的不同破岩作用，总结爆破漏斗的形成机理。

1 考虑药包爆破动-静时序作用的离散元模拟方法

1.1 考虑爆炸应力波与爆生气体动-静时序作用的爆炸载荷联合加载模型
岩石爆破理论经历了多个阶段的转变。较早的爆破理论认为，岩石破碎的主要原因是爆生气体的

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