Page 13 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 马泗洲，等： 围压与爆破耦合作用下节理岩体裂纹的扩展行为与影响因素 第 6 期

Reflected waves
Diffracted waves
70 mm 70 mm 70 mm 70 mm
(b) Numerical simulation using finite element method

0 22 44 66 88 110 132 154 176 198 220
Pressure/MPa
图 6 不同方法下爆炸应力波传播对比
Fig. 6 Comparison of stress wave propagation using various methods

水平与竖直方向上各测点爆炸压力变化曲线如图 7 所示。随着比例爆距的增加，压力曲线的峰值
逐渐降低，呈现指数衰减的趋势。这一现象主要归因于能量的变化，应力波传播是一个能量急剧耗散的
过程，能量降低导致压力迅速衰减，典型的爆炸压力衰减曲线如图 7(a) 所示。与水平方向不同，从图 7(b)
中可以观察到，在竖直方向上，爆炸压力曲线出现了两个峰值，这可能是因为应力波与节理面相互作用，
反射波和正向传播的入射波相遇，在炮孔和节理之间产生了应力波的叠加。

800 800

x 1 y 1
600 x 2 600 y 2
x 3 y 3
Pressure/MPa 400 x 4 Pressure/MPa 400 y 4
x 5
y 5
200
200
0 0

0 100 200 300 400 0 100 200 300 400
Time/μs Time/μs
(a) Horizontal direction (b) Vertical direction
图 7 水平和竖直方向上爆炸压力时程曲线
Fig. 7 Time histories of explosion pressure in horizontal and vertical directions

3 爆破裂纹扩展行为

通常不连续面内的填充介质密度低且压缩性高，使得应力波传播过程受阻 [24] 。在爆炸过程中，应力
波对于驱动裂纹扩展扮演着关键角色。当应力波穿过节理时，波的反射和节理自身的变形对于阻隔和
消耗爆炸能量发挥了重要作用。值得注意的是，不同围压与不同倾斜角度的节理对应力波传播的影响
各不相同。鉴于此，下文将深入探讨爆破裂纹的扩展机制及其空间分布特征。

3.1 爆破裂纹扩展过程
为研究围压与爆破耦合作用下节理岩体裂纹扩展机制，以 45°节理岩体模型为例，分析不同围压条
件下爆破裂纹的扩展过程，并选取四个典型时刻展示其损伤演化特征，如图 8 所示。静水压力作用下，
随着围压的增加，炮孔周围的径向裂纹范围缩小，且节理迎爆面的损伤程度显著降低。无围压条件下，
径向裂纹从炮孔一直延伸到模型边界，在节理尖端的裂纹也延伸得很远。当围压增加到 10 和 30 MPa
时，岩体的径向裂纹扩展受到抑制。在 10 MPa 围压下，节理尖端的裂纹还可以在水平和垂直方向上扩
展，而在 30 MPa 围压下，节理尖端的裂纹几乎完全消失。

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