Page 173 - 《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

损伤剥落更明显。这是因为，炸药自顶端起爆后，轴向上的爆炸应力波与反射应力波叠加，致使爆炸应
力场逐渐增强，进而导致岩体的损伤加剧。值得注意的是，实验结果中爆破裂纹分布更离散，这可能是
由于实验中所用的岩样存在天然裂隙，这些缺陷会影响爆破裂纹扩展的连续性。受单元尺寸的限制，难
以在有限元模型中重构含微小缺陷的岩体进行计算。但从裂纹的区域分布及扩展行为来看,数值模型可
以定性地表征岩体爆破破裂现象。在定性验证数值模型的基础上，又进一步定量对比了岩体的爆炸压
力衰减曲线，如图 10(b) 所示。由图 10(b) 可知，理论计算与数值模拟结果中爆炸峰值压力的变化趋势基
本一致，且实验中测得的压力数据点也基本分布在压力衰减曲线上。综上所述，数值模拟与实验和理论
分析的结果吻合较好，该模型参数适用于本文的研究工作。

800 Test result [26]
Numerical result
600 Theoretical result
#T e #M e #B e
Pressure/MPa 400
Experiment [26]

200

0
#T n #M n #B n
Simulation
Damage 0 10 20 30 40 50 60 70
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Distance/mm
(a) Fracture networks in various slices (b) Attenuation curve of peak pressure
图 10 岩样爆破实验 [26] 与模拟结果比较
[26]
Fig. 10 Comparison of experimental and numerical results for rock sample blasting
3 预裂爆破数值计算

基于验证的材料模型，进行预裂爆破数值
表 4 地应力加载条件
计算，分析地应力对岩体预裂爆破裂纹扩展行为
Table 4 In-situ stress conditions used in
及损伤分布特征的影响。模拟方案分 2 组：静水
the numerical study
压力组和非静水压力组，并以无地应力工况 (N0)
应力 应力
作 为 对 照 组 ， 不 同 工 况 下 应 力 加 载 条 件 如 表 4 工况 σ hor /MPa σ v /MPa 工况 σ hor /MPa σ v /MPa
状态 状态
所示。
H1 10 10 A1 0 20
为确保与理论模型中平面应变问题条件的
静水 H2 20 20 非静水 A2 10 20
一致性，预裂爆破采用准三维模型，即在厚度方 压力 H3 30 30 压力 A3 30 20
向设置单层网格，并约束垂直平面方向的位移。 H4 40 40 A4 40 20
预裂爆破数值模型如图 11 所示，模型的长和宽
分别为 1.0 和 0.6 m，炮孔布置在模型中心，两炮孔连线中点为坐标原点 (0, 0)。炮孔之间的距离为 0.6 m，
炮孔半径为 20 mm，采用不耦合装药，不耦合系数为 2.0。模型中的单元类型为六面体八节点实体单元，
单元的平均尺寸约为 2 mm，单元总计约 30 万个。为保证数值计算结果具有较好的收敛性，模型使用流
固耦合方法，其中岩体采用拉格朗日单元算法，炸药和空气采用欧拉单元算法，并通过多物质组和流固
耦合等关键字实现爆炸荷载的有效传递 [29] 。模型周边的单元设置为无反射边界条件用于模拟无限区域
岩体，并在这些单元上施加初始压力模拟地应力作用，采用 dynain 文件法进行应力初始化，该方法可用
于显/隐式求解计算，运算过程稳定且效率较高。

095201-11