Page 179 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 曾启富，等： 多孔冲击下超临界CO 2 相变破岩半径计算模型 第 3 期

图 9 展示了 5 次超临界 CO 破岩试验前后岩体声波测试及分析结果。可以看出，5 次爆破前后的波
2
速均呈非线性波动，且在每个测试孔中，致裂后的波速均小于致裂前波速。这是由于爆破后岩体产生裂
隙，弹性模量降低，声波的传播速度对应降低后的结果。

Sonic velocity/(km·s ) Sonic velocity/(km·s ) Sonic velocity/(km·s )
−1
−1
−1
0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 8 0 5 10 0 5 10 0 5 10 0 5 10 15 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 0 2 4 6 8
0 0 0
TH-1 TH-2 TH-3 TH-4 TH-1 TH-2 TH-3 TH-4
1 1 1
2 2 2
Depth/m 3 Depth/m 3 Depth/m 3
4 4 4
5 5 5
TH-1 TH-2 TH-3 TH-4
6 6 6
Post-fracturing Pre-fracturing Post-fracturing Pre-fracturing Post-fracturing Pre-fracturing
(a) First test (b) Second test (c) Third test
Sonic velocity/(km·s ) Sonic velocity/(km·s )
−1
−1
0 2 4 0 2 4 0 2 4 0 2 4 6 0 3 6 0 3 6 0 3 6 0 3 6 9
0 0
TH-1 TH-2 TH-3 TH-4 TH-1 TH-2 TH-3 TH-4
1 1
2 2
Depth/m 3 Depth/m 3

4 4
5 5
6 6
Post-fracturing Pre-fracturing Post-fracturing Pre-fracturing
(c) Fourth test (e) Fifth test

图 9 5 次超临界 CO 2 破岩试验前后岩体声波测试结果
Fig. 9 Five acoustic test results of rocks before and after supercritical CO 2 rock breaking
在垂直方向，致裂后波的速度随孔深的增加逐渐趋近于致裂前的波速，最终有重合的趋势，表明波
速的变化率随孔深的增加而减小，岩体的损伤程度也相应地降低。这种情况在 4 个声波测试孔中均存
在，但是对应的深度不同，表明不同测试孔岩体在深度方向的损伤情况并不相同。在水平方向，随着声
波测试孔距离的增大，致裂前后的波速均有衰减现象，但由于致裂孔数量的不同，波速的初始大小和衰
减距离均有差异，这也导致 5 次爆破后的水平破岩半径存在差异。
3.2 岩体破坏范围
为厘清 5 次爆破的岩体损伤破坏范围，对岩石损伤检测前后的声波波速进行进一步处理可以得到
波速变化率 [35] ，其表达式为：
c
η = 1− (23)
c 0
式中：η 为波速变化率，c 和 0 c 分别为岩石致裂前后的声波测试速度。
岩体在爆破荷载作用下产生的损伤主要表现为裂隙萌生、张开及扩展，在力学性质上表现为岩体弹
性模量降低。当 η≤10% 时，认为无影响或影响甚微；当 10%＜η≤15% 时，认为影响轻微；当 η＞15% 时，
认为有影响。通常认为，当 η≥10% 时，即判定岩体破坏。
为了更直观地展现破岩半径，引入损伤变量对损伤程度进行定义，表达式为：
D = 1−(1−η) 2 (24)

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