Page 16 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

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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
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0-30-30 30-30-30 60-30-30 90-30-30 Damage
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
(e) α-30-30
图 9 节理岩体爆破裂纹分布特征
Fig. 9 Distribution characteristics of blasting crack in jointed rock mass
节理尖端在爆炸荷载下常常会出现应力集中，进而导致尖端起裂形成翼裂纹，翼裂纹的扩展方向与
扩展范围主要受限于水平压力与竖直压力的共同作用。在水平与竖直压力相等的情况下，节理两侧尖
端的翼裂纹扩展趋势呈现对称性，发展状况几乎一致。然而，当水平与竖直方向上的压力存在差异时，
翼裂纹更倾向于沿最大主应力方向延伸。以工况 α-20-10 和工况 α-30-10 为例，由于水平方向上初始压
力较大，靠近水平方向一侧的翼裂纹发展更为显著。将翼裂纹扩展方向与节理面法向之间的夹角定义
为起裂角，通过观察 90°节理岩体模型的裂纹扩展图可以发现，随着围压的增加，翼裂纹的起裂角逐渐减
小，显示出最大主应力方向对裂纹扩展路径的影响。
爆破裂纹的分布特征是评价岩体损伤的重要指标，合理控制裂纹扩展可以减少岩体超/欠挖程度，提
高围岩稳定性，降低支护成本。为量化节理岩体在围压与爆破耦合作用下的裂纹分布特征，采用 MATLAB
开源跨平台工具箱 FracPaQ [25] 对其数据进行分析。
FracPaQ 程序中进行爆破裂纹特征识别的 Start application
流程如图 10 所示。首先进行图像预处理，通过
8-bit binary image Browse...
调整图像对比度和亮度，确保裂纹能够清晰可
见。接着，应用滤波技术去除图像中的噪声，并 Preview
通过二值化将图像转换为黑白两色。图像预处
理完成后，通过边缘检测算法识别裂纹边缘，并 Flip y-axis Flip y?
通 过 轮 廓 追 踪 技 术 区 分 和 捕 捉 不 同 类 型 的 裂
纹 [26] 。FracPaQ 程序中的主绘图窗口默认左下角 Select output options
的是标准笛卡尔坐标系，图像预览时可能会出现
左右或者上下颠倒的情况，此时可以根据需要对 Output files Run
坐标轴进行翻转，从而使预览图框中的图形和原
Graphs Maps No
始的图形上下左右保持一致。接下来是特征提 Done?
取阶段，可以测量裂纹的长度、宽度、方向和密 Yes
度等参数，对这些数据进行统计分析，可以计算 Exit program
平均值、标准差等。 图 10 FracPaQ 程序识别爆破裂纹特征流程图
图 11 以玫瑰图、直方图和曲线图的方式呈 Fig. 10 Flow chart for characteristics recognition of blasting
现 了 由 FracPaQ 分 析 得 到 的 爆 破 裂 纹 分 布 特 cracks in FracPaQ program
征。左侧玫瑰图可以直观地体现裂纹分布方向，静水压力下，玫瑰图案呈现约 45°方向上的对称分布状
态；非静水压力下，玫瑰图案对称性减弱，且方向发生偏转，这与图 8 中裂纹分布规律是一致的，也为
“最大主应力方向可以诱导裂纹扩展”这一结论提供了佐证。中间的直方图可以直观地体现裂纹长度
的变化规律，随着围压的增加，其纵坐标峰值基本呈现降低的趋势。值得注意的是，随着裂纹长度的增
加，其所占总裂纹数的比例近似为指数递减，在右侧的拟合曲线中也得到了体现。产生这一现象的原因
可能是岩体爆破后形成了大量微小裂纹，仅小部分微裂纹贯通凝聚。

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