Page 21 - 《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

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K Ⅰ (0-10-10) K Ⅱ (0-10-10) K Ⅰ (45-10-10) K Ⅱ (45-10-10)
K Ⅰ (0-30-30) K Ⅱ (0-30-30) K Ⅰ (45-30-30) K Ⅱ (45-30-30)
3 3
DSIFs/(MPa·m 1/2 ) 2 1 DSIFs/(MPa·m 1/2 ) 2 1

0 0

−1 −1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Time/ms Time/ms
(a) Equibiaxial pressure
4 5
K Ⅰ (0-20-10) K Ⅱ (0-20-10) K Ⅰ (45-20-10) K Ⅱ (45-20-10)
K Ⅰ (0-30-10) K Ⅱ (0-30-10) 4 K Ⅰ (45-30-30) K Ⅱ (45-30-30)
3 3
DSIFs/(MPa·m 1/2 ) 2 1 DSIFs/(MPa·m 1/2 ) 2

0 1 0

−1 −1
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Time/ms Time/ms
(b) Anisotropic pressure
图 16 不同围压下节理尖端动态应力强度因子
Fig. 16 DSIFs of joint tip under various confining pressures
4 结 论

本文基于显式动力学有限元数值法，模拟了节理岩体在围压和爆破耦合作用下的损伤破裂过程，并
结合实验验证了数值模型的可靠性；根据时域递归原理，计算了爆炸应力波穿过节理时的透、反射系
数。利用 FracPaQ 程序定量研究了节理角度及围压对裂纹分布的影响，通过节理尖端应力分布及动态应
力强度因子的变化规律揭示了裂纹扩展机制。主要结论如下：
(1) 静水压力下，应力波透、反射系数随着围压的增加分别呈增大和减小的变化趋势；非静水压力
下，应力波透、反射系数随着最大主应力的增加呈减小和增大的变化规律；
(2) 围压和节理角度对岩体爆破损伤模式有显著影响，主要表现为径向裂纹的扩展受到抑制，而炮
孔周围破碎区的范围扩大；主应力差扩大后，裂纹更倾向沿着最大主应力方向发展，且相较于主应力差
的裂纹扩展导向性而言，节理面对于裂纹扩展的导向效应更明显；
(3) 静水压力下，爆破裂纹呈现以节理面法向中线对称分布，且随着裂纹长度的增加，其所占总裂纹
数量的比例近似为指数递减；非静水压力下，裂纹的对称分布特性减弱，其对称线方向更容易朝着最大
主应力方向发生偏转；
(4) 由节理面迎爆和背爆侧的节点位移变化规律，发现切向位移变化是尖端翼裂纹扩展的主要原
因；根据动态应力强度因子判断，在爆破初期，拉伸裂纹主导节理尖端的损伤，而在爆破后期，剪切裂纹
占主导地位；当不连续面与最大主应力方向成一定角度时，尖端更容易形成拉伸裂纹。

参考文献：
[1] 单仁亮, 赵岩, 王海龙, 等. 下穿铁路隧道爆破振动衰减规律研究 [J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(8): 085201. DOI: 11883/bzycj-

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