Page 163 - 《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

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密度为 0.26 J/cm ；对于空腔直径为 10 mm 的砂岩试件，其耗散能密度随空腔深度的增大依次为 0.28、
0.32、0.33 J/cm，拟合结果显示，二者呈显著正相关线性关系；对于空腔直径为 20 mm 的砂岩试件，其耗散
能密度随空腔深度的增大依次为 0.34、0.40 和 0.45 J/cm ，拟合结果同样显示，二者呈显著正相关线性关
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系。可见，空腔的存在会增大试件的耗散能密度；随着空腔深度的增大，试件的耗散能密度呈逐渐增大
的趋势；空腔直径为 10 mm 的砂岩试件与空腔直径为 20 mm 的砂岩试件相比，后者的耗散能密度增长速
率较高，表明相同空腔深度下扩大空腔直径可以进一步增大试件的耗散能密度。

36 0.48
Experiment results, d=10 mm Experiment results, d=10 mm
Experiment results, d=20 mm Experiment results, d=20 mm
Fitted curve, d=10 mm 0.44 Fitted curve, d=10 mm
33 Fitted curve, d=20 mm
Fitted curve, d=20 mm
W s=23.893+0.228D, R 2 =0.905 0.40 ξ=0.268+0.004D, R =0.978
2
30
W s/J ξ/(J∙cm −3 ) 0.36
27
0.32
24
W s=22.837+0.123D, R 2 =0.950 0.28
ξ=0.258+0.002D, R =0.966
2
21 0.24
0 15 30 45 0 15 30 45
D/mm D/mm
图 10 耗散能随空腔深度的变化 图 11 耗散能密度随空腔深度的变化
Fig. 10 Variation of dissipated energy with cavity depth Fig. 11 Variation of dissipated energy density with cavity depth
耗散能和耗散能密度共同反映了相同载荷下用于岩石破碎的能量多少。岩石破碎过程中耗散能和
耗散能密度越高，说明岩石破碎过程中吸收的能量越多。基于上述实验结果可以类推：在地下钻爆掘进
中，随着掏槽爆破成腔深度的增大，炸药爆炸能量中用于破坏断面后续岩体的有用功比例增大，破岩能
量利用效率随之提高；同时，适当增大槽腔直径能进一步提升能量利用率，使更多爆炸能量用于岩石破
碎，从而更有利于爆破破岩。
值得注意的是，当后续爆破中用于破碎岩石的爆炸能量占比提升时，分配至地震波、空气冲击波及
飞石的能量占比会相应降低。这种能量分配的优化不仅能提高破岩效率，更能从源头上减少爆破危害，
对地下工程施工安全具有重要意义。
3.4 试件的破坏形态
相同冲击荷载作用下完整砂岩试件和含空腔砂岩试件的破碎形态分别如图 12～13 所示。对比可
见，完整试件仅在外侧出现少量剥落现象，而含空腔试件的破坏程度明显加剧，具体表现为外侧剥落的
碎块数量明显增加、试件发生完全破坏等，表明含空腔试件的动态峰值应力低于完整试件，在相同冲击
载荷作用下含空腔试件更易发生变形破坏。

(a) Top view (b) Lateral view

图 12 完整砂岩试件的破坏形态
Fig. 12 Fracture pattern of an intact sandstone specimen

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