Page 158 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 程 兵，等： 槽腔深度对掘进断面后续破岩特性的影响 第 8 期

1 实验设计

1.1 掘进断面简化模型

在地下硐室建设过程中，由于现场实际地
质条件复杂多变，掘进断面的几何形状通常呈现
出多样化的特征，常见类型主要有矩形、直墙拱 Driving section
形、马蹄形、圆形等。同样，掏槽区域的几何形
状也会根据实际应用场景发生变化，可能是三角
形、菱形、矩形和圆形等 [19-22] 。但是，无论槽腔
和断面几何形状如何，后续辅助孔和崩落孔大体 Cutting region
上是均匀布置在槽腔外侧的。因此，在针对槽腔
成型深度对后续破岩特性影响规律的研究中，忽
略掘进断面和掏槽区域的几何形状变化，将二者 图 1 地下掘进断面简化模型
均简化为圆形进行研究，如图 1 所示。 Fig. 1 A simplified model of underground driving section

1.2 岩石试件结构设计 Specimen diameter
根据现有研究 [23-24] 可知，通过 SHPB 实验系 Cavity diameter
统对岩石试件进行冲击动力学实验，能够定性分
析炸药爆炸所产生的动态载荷对岩石的破坏作
用。因此，为深入研究槽腔成型深度对后续爆破
破岩效果的影响，将掘进断面进一步简化为圆柱 Cavity depth
形试件，在其内部预设不同深度的圆柱形空腔， Specimen height
如图 2 所示。实验时，通过 SHPB 系统以相同冲
击气压对各组试件进行冲击加载，借助冲击荷载
模拟实际钻爆掘进中外圈炮孔爆破产生的爆炸
载荷。然后，通过分析不同空腔深度下岩石试件
的动态力学性能、能量耗散特征以及破碎形态，
进而揭示槽腔成型深度对掘进断面后续破岩特 图 2 含空腔岩石试件示意图
性的影响规律。 Fig. 2 Diagram of rock specimens containing a cavity

2 实验材料与设备

2.1 砂岩试件制备
以地下工程常见的砂岩为研究对象，对完整 表 1 砂岩试件几何参数
性较好的岩块进行取芯、切割、打磨，加工成直 Table 1 Geometric parameters of sandstone specimens
径为 50 mm、高度为 45 mm 的圆柱体试件，并控
试件直径/ 试件高度/ 空腔直径/ 空腔深度/
制试件端面不平行度在±0.02 mm 以内 [25] 。然后 试件编号 mm mm mm mm
对部分试件从一端进行钻孔，形成不同尺寸的空 1 50 45 0 0
腔。如表 1 所示，共设置 7 组砂岩试件：试件 1 不 2 50 45 10 15
含有空腔，即空腔直径 d 和空腔深度 D 均为零；试 3 50 45 10 30
件 2～4 的空腔直径均为 10 mm，空腔深度分别为 4 50 45 10 45
15、30 和 45 mm；试件 5～7 的空腔直径均为 20 mm， 5 50 45 20 15
空腔深度分别为 15、30 和 45 mm。砂岩试件实物 6 50 45 20 30
如图 3 所示，其静态物理力学参数如表 2 所示。 7 50 45 20 45

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