Page 6 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 第 6 期 爆 炸 与 冲 击 Vol. 45, No. 6
2025 年 6 月 EXPLOSION AND SHOCK WAVES Jun., 2025

DOI：10.11883/bzycj-2024-0424

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 *

马泗洲 ，蒋海明 ，周朝兰 ，王明洋 ，刘科伟 2
1,2
1
1
2,3
（1. 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾全国重点实验室，江苏 南京 210007；
2. 中南大学资源与安全工程学院，湖南 长沙 410083；
3. 云南铜业股份有限公司矿山研究院，云南 昆明 650000）

摘要： 为了深入研究围压与爆破耦合作用下节理岩体的动力响应及损伤机制，采用显式动力学数值模拟方法，并
结合任意拉格朗日-欧拉算法和流固耦合技术，对节理岩体的破裂过程进行模拟。基于时域递归理论，分别计算了爆
炸应力波穿过节理面时的透射与反射系数。通过爆炸光弹性试验，分析了爆炸应力波在节理岩体中的传播过程与特
征。此外，利用 Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) 损伤模型，讨论了不同节理角度及不同围压对爆破裂纹扩展行为的影响，
并结合 FracPaQ 程序定量描述了爆破裂纹的分布规律。最后，通过分析节理尖端的主应力分布及动态应力强度因子变
化规律，揭示了节理岩体的爆破损伤机制。结果表明：节理面与非静水压力对爆破裂纹扩展均有导向作用，且非静水
压力的导向效应会因节理面的存在而减弱；非静水压力下，应力波透、反射系数随着水平方向压力的增加分别呈减小
和增大的趋势。由节理面两侧法向与切向位移的变化规律，发现剪切应力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，拉伸裂纹在爆破初期主导节理尖端的损伤，而剪切裂纹在后期占主导地位。
关键词： 地应力；节理岩体；爆炸应力波；裂纹扩展；损伤机制
中图分类号： O383 国标学科代码： 13035 文献标志码： A

Investigation on cracking behavior and influencing factors of jointed rock
masses under the coupling effect of confining pressure and blasting

2,3
1,2
1
1
MA Sizhou , JIANG Haiming , ZHOU Chaolan , WANG Mingyang , LIU Kewei 2
（1. State Key Laboratory of Explosion & Impact and Disaster Prevention & Mitigation,
Army Engineering University of PLA, Nanjing 210007, Jiangsu, China;
2. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, Hunan, China;
3. Mining Institute of Yunnan Copper Co., Ltd., Kunming 650000, Yunnan, China）

Abstract: Propagation features of blast-induced stress waves undergo substantial alterations as they traverse heterogeneous
interfaces. In rock engineering, the prevalence of discontinuous structural planes, such as joints and fissures, becomes
increasingly pronounced with increasing burial depth. To gain a comprehensive insight into the dynamic response and damage
mechanism, an explicit dynamics numerical method incorporating the ALE algorithm and fluid-solid coupling technology was
adopted, which allows for precise simulation of the fracture process within jointed rock mass under the combined effects of
confining pressure and blasting load. Based on the time-domain recurrence theory, the transmission and reflection coefficients
of the stress wave were calculated, and the propagation process and features of the stress wave were then analyzed by the
explosion photoelasticity test using an epoxy resin plate. Additionally, the Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) damage model was

* 收稿日期： 2024-10-30；修回日期： 2025-01-18
基金项目： 国家自然科学基金（42102331，52334003，52274249，51974360）
第一作者： 马泗洲（1995－ ），男，博士研究生, sizhou_ma@126.com
通信作者： 蒋海明（1989－ ），男，博士，副教授, jhm2002@163.com

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