Page 121 - 《爆炸与冲击》2026年第6期

第 46 卷 黄 琦，等： 复合型聚能药型罩作用下岩石的定向断裂 第 6 期

表 4 不同开口角度下裂纹的扩展长度
Table 4 Extension lengths of cracks with different opening angles

裂纹扩展长度/cm
开口角度/(°)
A 1 A 2 B 1 B 2
30 9.8 9.7 6.6 4.5
45 14.3 14.0 7.5 9.3
60 14.5 14.3 4.2 4.4
75 12.9 13.1 7.5 8.7

2.2 爆炸裂纹尖端焦散斑图像
不同角度（30°、45°、60°、75°）试件裂纹扩展时的焦散斑演化图像如图 7 所示。炸药爆炸后，爆轰波
首先作用于炮孔壁，随后衰减为应力波并以同心圆形态向周围传播。20 μs 时，波阵面呈现明暗交替条
纹，形成压-拉交替应力场，其中明、暗条纹分别对应压缩应力波和膨胀应力波，并伴随焦散斑出现，裂纹
开始扩展；40～60 μs 时，爆炸应力波作用结束后，爆生气体紧随其后并沿药型罩切缝方向逸出，并成为裂
纹扩展的主要驱动；100～140 μs 时，随着爆生气体压力的逐渐衰减以及应力波反射拉伸作用的持续影
响，焦散斑尺寸呈现出周期性变化特征；随后，爆生气体能量迅速衰减，导致焦散斑逐渐缩小直至完全消
失，裂纹扩展过程随之终止。

0 μs 20 μs 40 μs 60 μs 100 μs 140 μs
(a) α=30°

0 μs 20 μs 40 μs 60 μs 100 μs 140 μs
(b) α=45°

0 μs 20 μs 40 μs 60 μs 80 μs 120 μs
(c) α=60°

0 μs 20 μs 40 μs 60 μs 100 μs 140 μs
(d) α=75°

图 7 焦散斑演化过程
Fig. 7 Evolution process of the diffraction spot

为更直观展示裂纹扩展过程，60°工况下裂纹扩展的运动轨迹如图 8 所示。20 μs 时，爆炸应力波作
用下裂纹开始起裂，裂纹尖端局部应力集中形成焦散斑；40 μs 时，爆生气体逸出驱动裂纹扩展，焦散斑随
裂纹尖端向外迁移；60～120 μs 时裂纹尖端应力场衰减，焦散斑逐渐变小直至消失，裂纹停止扩展。将焦
散斑图像导入 Photoshop 软件，利用软件中的测量工具准确测量焦散斑尺寸与相邻照片焦散斑的相对运
动距离，进而计算裂纹尖端应力强度因子和裂纹扩展速度。

061423-6