Page 170 - 《爆炸与冲击》2025年第9期

第 45 卷 马泗洲，等： 地应力对岩体预裂爆破成缝过程的影响 第 9 期

柱状花岗岩，其高度 H ro c 和直径 D ro c 分别为 150 和 144 mm，如图 8(a) 所示。在岩样中心钻孔，孔径 D 为
b
6.45 mm，钻孔中心装有直径 D 为 e 1.7 mm 的药卷，药卷外侧包裹聚乙烯材料，其外侧直径 D po l 为 4.5 mm。
为防止岩样爆炸后崩解，在炮孔外侧嵌套铜管，其外径 D p 和内径 D 分别为 6.45 和 5.25 mm。对爆破后
a
co
的岩样进行分段切片处理，切片位置分别布置在距岩样顶面 25 mm (#T)、75 mm (#M) 和 125 mm (#B)
处。切片后用染料浸染，将其放置在高强度紫外光下观察切片中的爆破裂纹分布形态。为尽可能与实
验条件保持一致性，在 ANSYS 软件中建立了相同尺寸的三维立体模型，该模型划分了约 332 万个六面
体网格和 338 万个节点。数值模型中包含岩石、铜管、空气、聚乙烯和炸药 5 种材料，模型的结构尺寸
及局部网格如图 8(b) 所示。

144 mm
Blasting
cracks
Borehole
150 mm

(a) Granite specimen and slice [26]

Materials
D roc =144 mm
Rock
D roc =144 mm
#T y Copper
D cop =6.45 mm
H roc =150 mm #M z x Air

D a =5.25 mm
#B Polyethylene
D pol =4.5 mm
y
y z Explosive
x D e =1.7 mm
x z
(b) Numerical model and local mesh

图 8 爆破实验设置 [26] 及相应的有限元模型
[26]
Fig. 8 Experimental setup for rock lab-scale blasting and the corresponding finite element model

2.1 材料参数
Riedel-Hiermaier-Thoma (RHT) 模型中充分考虑了岩石材料在爆炸荷载下的拉压损伤特性，RHT 模
型表现出的围压、应变率及损伤软化效应，可以较好地反映岩体在地应力下的爆炸力学响应特征，因此，
被广泛应用于岩石爆炸损伤破裂过程的模拟。RHT 模型中考虑了材料孔隙度与压力之间的关系：
[ ]
2
p roc = (B 0 + B 1 µ roc )φ 0 ρ roc e+ A 1 µ roc + A 2 µ + A 3 µ 3 /φ 1 (11)
roc roc
1
式中：p ro c 为岩石材料所受的压力，B 和 0 B 为材料常数，ρ ro c 和 μ ro c 分别为岩石材料的密度和体积应变，
0
e 为体积内能，φ 和 1 φ 分别为材料当前孔隙度和初始孔隙度，A 、A 和 2 A 为材料的 Hugoniot 多项式
3
1
系数。
095201-8