Page 180 - 《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

式中：D 为损伤变量。SL 47—2020《水工建筑物岩石地基开挖施工技术规范》 [36] 提出，波速变化率
η=10% 为岩石损伤临界值，对应的损伤变量 D=0.19。
图 10 展示了 5 次超临界 CO 致裂前后岩体损伤破坏范围。可以看出：在垂直方向，5 次爆破后的破
2
岩深度分别为 5.73、5.74、5.05、5.07 和 5.49 m；在水平方向，5 次爆破后在水平方向的破岩半径分别为
5.5、4.3、4.8、5.6 和 5.5 m。岩体最终的破岩范围由 D=0.19 的临界损伤弧线、地面和致裂管所在直线圈
定，在三维空间中表现为扁平的漏斗状，这与传统炸药爆破的破岩效果类似。其在深度和水平方向的破
岩范围似乎相差不大，表明致裂管的埋深对平面破岩范围也有较大影响。由声波测试得出的岩体破岩
半径均比现场测量的最大主裂隙小，这是现场多孔同时爆破后裂隙贯通的结果。

0 1.000 0 1.000 0 1.000
Damaged area
Damaged area 0.875 0.875 Damaged area 0.875
1 1 1
0.750 D=0.19 0.750 0.750
2 0.625 2 0.625 2 D=0.19 0.625
Depth/m 3 D=0.19 0.500 Damage variable Depth/m 3 0.500 Damage variable Depth/m 3 0.500 Damage variable
0.375
0.375
0.375
4
0.250 4 0.250 4 0.250
5 Undamaged 5 Undamaged 5 Undamaged
area 0.125 area 0.125 area 0.125
6 0 6 0 6 0
0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
Distance/m Distance/m Distance/m
(a) First test (b) Second test (c) Third test
0 1.000 0 1.000
Damaged area Damaged area
1 0.875 1 0.875
0.750 0.750
2 0.625 2 0.625
Depth/m 3 D=0.19 0.500 Damage variable Depth/m 3 D=0.19 0.500 Damage variable
0.375
0.375
4
0.250 4 0.250
5 Undamaged 0.125 5 Undamaged 0.125
area area
6 0 6 0
0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6
Distance/m Distance/m
(d) Fourth test (e) Fifth test
图 10 5 次超临界 CO 2 相变试验的破岩半径
Fig. 10 Rock-breaking radius of five supercritical CO 2 phase transition tests
3.3 耦合应力分布特征
利用 Matlab 编程，通过式 (9)～(10) 计算孔壁入射峰值应力，进一步代入式 (11) 可得岩体在不同钻
孔中心位置及深度下的径向/切向应力变化情况，如图 11 所示。

1 200 0
1 500 1 000 −2 000 0 −1 000
Radial stress/MPa 500 0 800 Radial stress/MPa Tangential stress/MPa −4 000 −3 000 Tangential stress/MPa
−2 000
1 000
600
−4 000
−6 000
−5 000
100
75
200
50 0.15 0.20 400 100 75 0.20 −6 000
Distance from drill
25 0.10 50 0.15 −7 000
Distance from drill
0 0.05 centre/m Depth/m 25 0 0.05 0.10
Depth/m
centre/m
(a) Radial stress (b) Tangential stress
图 11 不同钻孔中心位置及深度处的径向/切向应力变化
Fig. 11 Variation of radial/tangential stresses at different central positions and depths of boreholes
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