切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究.pdf_大学文库

工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究丁晨曦杨仁树陈程马鑫民康一强赵勇 Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting DING Chen-xi,YANG Ren-shu,CHEN Cheng.MA Xin-min,KANG Yi-qiang.ZHAO Yong 引用本文：丁晨曦，杨仁树，陈程，马鑫民，康一强，赵勇.切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究.工程科学学报， 2021,43(7:894-902.doi:10.13374.issn2095-9389.2021.02.15.001 DING Chen-xi,YANG Ren-shu,CHEN Cheng,MA Xin-min,KANG Yi-qiang.ZHAO Yong.Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(7):894-902.doi: 10.13374/i.issn2095-9389.2021.02.15.001 在线阅读View online:https::/oi.org10.13374.issn2095-9389.2021.02.15.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理 Crack propagation and coalescence mechanism of double-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报.2020,42(12：1613 https:ldoi.org/10.13374.issn2095-9389.2020.05.19.001 GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制 Microscopic damage mechanisms during fatigue crack propagation at high temperature in GH4169 superalloy 工程科学学报.2018.40(7)：822 https::/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.07.008 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting 工程科学学报.2020.42(9：外1130 https::/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2019.10.06.002 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 Experimental study of the influence of the filling material on the mechanical properties of marble with holes 工程科学学报.2018,40(7)：776 https::/1oi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.07.002 煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨 Effective fracture zone under deep-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报.2019,41(5：582 https:loi.org10.13374j.issn2095-9389.2019.05.004 含端部裂隙大理岩单轴压缩破坏及能量耗散特性 Uniaxial compression failure and energy dissipation of marble specimens with flaws at the end surface 工程科学学报.2020,42(12：1588 https:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2019.12.07.001

切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究丁晨曦杨仁树陈程马鑫民康一强赵勇 Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting DING Chen-xi, YANG Ren-shu, CHEN Cheng, MA Xin-min, KANG Yi-qiang, ZHAO Yong 引用本文: 丁晨曦, 杨仁树, 陈程, 马鑫民, 康一强, 赵勇. 切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究[J]. 工程科学学报, 2021, 43(7): 894-902. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.15.001 DING Chen-xi, YANG Ren-shu, CHEN Cheng, MA Xin-min, KANG Yi-qiang, ZHAO Yong. Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(7): 894-902. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.15.001 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.15.001 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理 Crack propagation and coalescence mechanism of double-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报. 2020, 42(12): 1613 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.05.19.001 GH4169合金高温疲劳裂纹扩展的微观损伤机制 Microscopic damage mechanisms during fatigue crack propagation at high temperature in GH4169 superalloy 工程科学学报. 2018, 40(7): 822 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.008 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 Experimental study on rock-breaking load in slot-hydraulic blasting 工程科学学报. 2020, 42(9): 1130 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.10.06.002 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 Experimental study of the influence of the filling material on the mechanical properties of marble with holes 工程科学学报. 2018, 40(7): 776 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.07.002 煤层深孔聚能爆破有效致裂范围探讨 Effective fracture zone under deep-hole cumulative blasting in coal seam 工程科学学报. 2019, 41(5): 582 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.05.004 含端部裂隙大理岩单轴压缩破坏及能量耗散特性 Uniaxial compression failure and energy dissipation of marble specimens with flaws at the end surface 工程科学学报. 2020, 42(12): 1588 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.12.07.001

工程科学学报.第43卷.第7期：894-902.2021年7月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.7:894-902,July 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.15.001;http://cje.ustb.edu.cn 切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究丁晨曦2)，杨仁树2，)区，陈程2)，马鑫民3引，康一强)，赵勇12 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1000833)中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yrs@cumtb.edu.cn 摘要为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程，采用动态焦散线方法，结合高速摄影技术，开展了爆破模型实验研究.研究结果表明，张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用，定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展，而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条冀裂纹.当定向裂纹垂直入射时，节理两端的受力状态基本相同，两条冀裂纹的起裂和扩展行为基本一致，两条冀裂纹的分布状态基本对称.张开节理的几何特征对冀裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响.一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度.当定向裂纹倾斜人射时，节理两端的受力状态存在差异，靠近定向裂纹人射点的一端能够获得更多的起裂能量，从而优先起裂和扩展，并形成更长的翼裂纹关键词切缝药包：爆破：张开节理：焦散线：裂纹扩展分类号TD235 Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting DING Chen-xi2,YANG Ren-shu2,CHEN Cheng 2),MA Xin-min,KANG Yi-giang,ZHAO Yong2) 1)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Key Laboratory of Ministry of Education for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering,China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083, China Corresponding author,E-mail:yrs @cumtb.edu.cn ABSTRACT To explore the interaction between directional crack and open joint in slit charge blasting,a dynamic caustics method and high-speed photography technology were used to carry out the blasting model experiment.In the model experiment,the polymethyl methacrylate (PMMA)was used as the specimen material,the lead azide (Pb(N3))was used as the explosive,and a 3D printed resin material was used as the slit tube.Additionally,varying shapes of the open joint were prefabricated in the specimen.The failure mode of the specimen was described in detail,the initiation and propagation process of the wing crack at two ends of the joint was also analyzed. Research results show that the open joint has a retarding effect on the propagation of the directional crack in slit charge blasting.The directional crack will not continue to propagate through the open joint,but it will produce two wing cracks at the ends of the joint after interacting with the joint.When the directional crack is incident perpendicular to the open joint,the stress state at both the ends of the joint and the initiation and propagation behavior of the two wing cracks are the same,and the distribution state of the two wing cracks is symmetric.The geometric characteristics of the open joint have a significant impact on the dynamic stress intensity factor when the wing 收稿日期：2021-02-15 基金项目：中国博士后科学基金资助项目(2020M680354):国家自然科学基金资助项目(51934001.52074301)：中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(FRF-TP-20-044A1)

切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究丁晨曦1,2)，杨仁树1,2,3) 苣，陈程1,2)，马鑫民3)，康一强3)，赵勇1,2) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 3) 中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京 100083 苣通信作者，E-mail：yrs@cumtb.edu.cn 摘要为了探究切缝药包爆破定向裂纹与张开节理的相互作用过程，采用动态焦散线方法，结合高速摄影技术，开展了爆破模型实验研究. 研究结果表明，张开节理对切缝药包爆破定向裂纹的扩展有阻滞作用，定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展，而是在经过与节理相互作用后在节理端部产生两条翼裂纹. 当定向裂纹垂直入射时，节理两端的受力状态基本相同，两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致，两条翼裂纹的分布状态基本对称. 张开节理的几何特征对翼裂纹起裂时的动态应力强度因子有显著影响，一定程度上决定了翼裂纹起裂的难易程度. 当定向裂纹倾斜入射时，节理两端的受力状态存在差异，靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量，从而优先起裂和扩展，并形成更长的翼裂纹. 关键词切缝药包；爆破；张开节理；焦散线；裂纹扩展分类号 TD235 Experimental study of the interaction of directional crack and open joint in slit charge blasting DING Chen-xi1,2) ，YANG Ren-shu1,2,3) 苣，CHEN Cheng1,2) ，MA Xin-min3) ，KANG Yi-qiang3) ，ZHAO Yong1,2) 1) School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Key Laboratory of Ministry of Education for High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining and Technology (Beijing), Beijing 100083, China 苣 Corresponding author, E-mail: yrs@cumtb.edu.cn ABSTRACT To explore the interaction between directional crack and open joint in slit charge blasting, a dynamic caustics method and high-speed photography technology were used to carry out the blasting model experiment. In the model experiment, the polymethyl methacrylate (PMMA) was used as the specimen material, the lead azide (Pb(N3 )2 ) was used as the explosive, and a 3D printed resin material was used as the slit tube. Additionally, varying shapes of the open joint were prefabricated in the specimen. The failure mode of the specimen was described in detail, the initiation and propagation process of the wing crack at two ends of the joint was also analyzed. Research results show that the open joint has a retarding effect on the propagation of the directional crack in slit charge blasting. The directional crack will not continue to propagate through the open joint, but it will produce two wing cracks at the ends of the joint after interacting with the joint. When the directional crack is incident perpendicular to the open joint, the stress state at both the ends of the joint and the initiation and propagation behavior of the two wing cracks are the same, and the distribution state of the two wing cracks is symmetric. The geometric characteristics of the open joint have a significant impact on the dynamic stress intensity factor when the wing 收稿日期: 2021−02−15 基金项目: 中国博士后科学基金资助项目（2020M680354）；国家自然科学基金资助项目（51934001，52074301）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（FRF-TP-20-044A1）工程科学学报，第 43 卷，第 7 期：894−902，2021 年 7 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 7: 894−902, July 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.02.15.001; http://cje.ustb.edu.cn

丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 895· crack is initiated.Moreover,it determines the difficulty of the wing crack initiation to some extent.When the directional crack is incident obliquely,the stress state of the two ends of the joint is different.The end,which is close to the incident point of the directional crack, exhibits more crack initiation energy so that the crack is initiated and propagated preferentially and a longer wing crack is formed. KEY WORDS slit charge;blasting;open joint;caustics;crack propagation 切缝药包定向断裂控制爆破技术能够有效控纹扩展过程的影响效应值得深入探讨.基于此，本制爆炸能量的释放，实现爆生裂纹的定向扩展，从文结合高速摄影和动态焦散线方法，开展切缝药而减少周边岩体的超、欠挖，保障岩石井巷的周边包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的模型实验成型质量.随着岩石井巷爆破工程量的增加，切缝研究，分析张开节理对定向裂纹扩展的影响，阐明药包爆破技术正发挥着越来越重要的作用.近年定向裂纹作用下的节理起裂和扩展机制，来，许多科研工作者围绕切缝药包和聚能装药爆 1 爆破模型实验设计破的基础理论开展了研究-)其中，杨仁树等通过高速纹影实验和超压测试技术分析了切缝药 1.1试件参数包爆破后爆炸波动流场的变化规律，指出爆生气采用有机玻璃(PMMA)作为爆破模型实验的体优先沿切缝方向释放，切缝方向的应力峰值远试件材料，PMMA在冲击和爆炸荷载作用下具有大于非切缝方向的，有利于沿切缝方向优先形成与岩石材料类似的动态断裂特征，并具有较好的裂纹.程兵等基于光滑粒子流体动力学方法-有应力光学特性，被广泛用作爆破模型实验的试件限单元方法(SPH-FEM)耦合方法研究了切缝药包材料8-2PMMA的动态弹性模量为6.1GPa,泊的爆破机理，具体分析了切缝药包爆破的爆轰产松比为0.31.图1为试件的示意图，试件尺寸为物膨胀过程、爆轰产物粒子运动速度及炮孔周围岩 400mm×300mm×5mm,在试件上采用激光切割的体的损伤演化历程.Yue等采用动态焦散线实方法预制炮孔和节理.具体地，炮孔半径R=4mm, 验方法研究了切缝药包爆破的裂纹扩展行为，发炮孔中心到节理的垂直距离为40mm,节理MW两个端点M和N之间的距离为b=40mm,节理左侧现了相邻炮孔间裂纹相互勾连的分布特征.此外，面到端点M和N的距离为a.激光切割的线宽约进一步的研究结果指出切缝药包爆破的定向断裂为0.3mm,因此，采用激光切割的节理面之间存在效果主要受到切缝宽度和不耦合系数的影响叨. 约0.3mm的缝隙，试件中的节理为张开节理.根天然岩体中不可避免地存在节理等缺陷，而据距离α取值的不同，本模型实验共分为3组进节理对爆炸应力波的传播和爆生裂纹的扩展都有行，主要研究节理几何特征对切缝药包爆破定向着显著的影响0-赵安平等3]认为在节理岩体裂纹与节理相互作用过程的影响.3组模型实验中爆破时，炸药爆炸能量主要被限制在炮孔和附分别记为：Sl组(=0mm,节理为直线型)，S2组件的节理面之间，从而导致炮孔附近区域过于破 (-10mm,节理为半椭圆型)，S3组(=20mm,节碎，不利于爆破能量的有效利用.谢冰等指出理为半圆型).每组进行3次重复实验炮孔间的节理对预裂爆破成缝效果有显著的影响，预裂缝沿炮孔连线方向的平直程度随节理与 400mm 炮孔连线夹角的增大而逐渐趋于平直.进一步的研究结果表明，受压闭合节理在爆炸应力波的作 R=4 mm Borehole 用下会在节理端部起裂并扩展形成翼裂纹，该翼 Jont、裂纹的起裂角度和扩展形态受到初始压应力和爆 h=40 mm 40mm 炸应力波的共同影响1此外，岩石爆破效果还受到节理方位和节理角度的影响6-) Explosive ◆Slit direction 由此可见，有关切缝药包爆破机理的研究已经取得丰富研究成果，爆破荷载作用下含节理岩 -Slit tube 体的动态响应也越来越受到人们的关注.然而.切 5 mm 缝药包爆破作用下的节理起裂和扩展等动态行为图1试件示意图的研究还不够深入，节理对切缝药包爆破定向裂 Fig.1 Diagram of the specimen

crack is initiated. Moreover, it determines the difficulty of the wing crack initiation to some extent. When the directional crack is incident obliquely, the stress state of the two ends of the joint is different. The end, which is close to the incident point of the directional crack, exhibits more crack initiation energy so that the crack is initiated and propagated preferentially and a longer wing crack is formed. KEY WORDS slit charge；blasting；open joint；caustics；crack propagation 切缝药包定向断裂控制爆破技术能够有效控制爆炸能量的释放，实现爆生裂纹的定向扩展，从而减少周边岩体的超、欠挖，保障岩石井巷的周边成型质量. 随着岩石井巷爆破工程量的增加，切缝药包爆破技术正发挥着越来越重要的作用. 近年来，许多科研工作者围绕切缝药包和聚能装药爆破的基础理论开展了研究[1−3] . 其中，杨仁树等[4] 通过高速纹影实验和超压测试技术分析了切缝药包爆破后爆炸波动流场的变化规律，指出爆生气体优先沿切缝方向释放，切缝方向的应力峰值远大于非切缝方向的，有利于沿切缝方向优先形成裂纹. 程兵等[5] 基于光滑粒子流体动力学方法−有限单元方法（SPH−FEM）耦合方法研究了切缝药包的爆破机理，具体分析了切缝药包爆破的爆轰产物膨胀过程、爆轰产物粒子运动速度及炮孔周围岩体的损伤演化历程. Yue 等[6] 采用动态焦散线实验方法研究了切缝药包爆破的裂纹扩展行为，发现了相邻炮孔间裂纹相互勾连的分布特征. 此外，进一步的研究结果指出切缝药包爆破的定向断裂效果主要受到切缝宽度和不耦合系数的影响[7−9] . 天然岩体中不可避免地存在节理等缺陷，而节理对爆炸应力波的传播和爆生裂纹的扩展都有着显著的影响[10−12] . 赵安平等[13] 认为在节理岩体中爆破时，炸药爆炸能量主要被限制在炮孔和附件的节理面之间，从而导致炮孔附近区域过于破碎，不利于爆破能量的有效利用. 谢冰等[14] 指出炮孔间的节理对预裂爆破成缝效果有显著的影响，预裂缝沿炮孔连线方向的平直程度随节理与炮孔连线夹角的增大而逐渐趋于平直. 进一步的研究结果表明，受压闭合节理在爆炸应力波的作用下会在节理端部起裂并扩展形成翼裂纹，该翼裂纹的起裂角度和扩展形态受到初始压应力和爆炸应力波的共同影响[15] . 此外，岩石爆破效果还受到节理方位和节理角度的影响[16−17] . 由此可见，有关切缝药包爆破机理的研究已经取得丰富研究成果，爆破荷载作用下含节理岩体的动态响应也越来越受到人们的关注. 然而，切缝药包爆破作用下的节理起裂和扩展等动态行为的研究还不够深入，节理对切缝药包爆破定向裂纹扩展过程的影响效应值得深入探讨. 基于此，本文结合高速摄影和动态焦散线方法，开展切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的模型实验研究，分析张开节理对定向裂纹扩展的影响，阐明定向裂纹作用下的节理起裂和扩展机制. 1 爆破模型实验设计 1.1 试件参数采用有机玻璃（PMMA）作为爆破模型实验的试件材料，PMMA 在冲击和爆炸荷载作用下具有与岩石材料类似的动态断裂特征，并具有较好的应力光学特性，被广泛用作爆破模型实验的试件材料[18−21] . PMMA 的动态弹性模量为 6.1 GPa，泊松比为 0.31. 图 1 为试件的示意图，试件尺寸为 400 mm×300 mm×5 mm，在试件上采用激光切割的方法预制炮孔和节理. 具体地，炮孔半径 R=4 mm，炮孔中心到节理的垂直距离为 40 mm，节理 MN 两个端点 M 和 N 之间的距离为 b=40 mm，节理左侧面到端点 M 和 N 的距离为 a. 激光切割的线宽约为 0.3 mm，因此，采用激光切割的节理面之间存在约 0.3 mm 的缝隙，试件中的节理为张开节理. 根据距离 a 取值的不同，本模型实验共分为 3 组进行，主要研究节理几何特征对切缝药包爆破定向裂纹与节理相互作用过程的影响. 3 组模型实验分别记为：S1 组（a=0 mm，节理为直线型），S2 组（a=10 mm，节理为半椭圆型），S3 组（a=20 mm，节理为半圆型）. 每组进行 3 次重复实验. 300 mm 400 mm R=4 mm Borehole Slit tube Explosive Slit direction 40 mm 5 mm b=40 mm a M N Joint 图 1 试件示意图 Fig.1 Diagram of the specimen 丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 · 895 ·

896 工程科学学报，第43卷，第7期如图2所示，实验中切缝药包管壳为采用树脂材料通过3D打印技术制作而成.其中，切缝药包管壳的外径为8mm,管壳厚度为1mm,切缝宽度为0.7mm,切缝长度为3mm.模型实验中所采用的炸药为叠氨化铅(PbN32),PbN3h是一种起爆药，适用于小药量的模型实验研究.PbN3)2的爆热为1524kJ-kg,爆容为308Lkg,爆速为4478ms 实验中，在切缝药包管壳内装填PbN3h,单孔装药图23D打印的切缝药包管壳量为35mg,将金属探针插入炸药中，通过高压放 Fig.2 Slit charge tube by 3D printing 电起爆炸药实现对试件的爆炸加载 1.2实验原理与系统透射后会发生偏转，使得参考平面的局部区域无本模型实验主要采用动态焦散线方法2-2训来光线投射，形成暗区.暗区的轮廓线被称为焦散研究切缝药包爆破定向裂纹及节理起裂和扩展过线，焦散线的形状和尺寸分别反映了裂纹尖端的程中的动态行为.图3为动态焦散线方法的原理受力状态和应力集中程度.图3中，σ为试件所受示意图，裂纹尖端局部区域在应力的作用下对光的应力，D为焦散线的特征尺寸，Z为试件平面到线的透射特性产生影响，导致垂直入射的光线在参考平面的距离 Incident Transmission light light Reference plane Incident Bright area light Dark area rack Mode I crack Bright area 4—Z。一 Mode I caustics 图3动态焦散线方法的原理示意图 Fig.3 Principle diagram of the dynamic caustics method 基于动态焦散线方法，采用数字激光动态焦侧定向裂纹A2、A4和A6则沿切缝方向扩展至节散线实验系统开展实验研究.由于爆破加载的瞬理处，均未穿过节理.由此可见，与闭合节理或充态性，为了捕捉实验中切缝药包爆破定向裂纹及填节理不同的是，张开节理对裂纹的扩展具有显节理起裂和扩展的全过程，实验系统中高速相机著的阻滞作用，显著影响了切缝药包爆破定向裂的拍摄速度设定为每帧100000s,即相邻两张照纹的扩展.此外，3个试件均在节理端部M和N处片之间的时间间隔为10s. 萌生并扩展出翼裂纹，两端翼裂纹的扩展形态和分布状态基本相同 2试件破坏形态与裂纹分布对节理端部M和N处萌生并扩展的翼裂纹长 3组实验完成后，对照分析发现组内试件的破度1及其与切缝方向（水平方向）的夹角0进行测坏形态具有很好的可重复性，每组实验随机抽取量和统计，统计结果如表1所示.同一试件节理端 1个试件进行分析，分别记为试件S1-1、S2-1和部产生的两条翼裂纹长度及其与切缝方向夹角基 S3-1.图4为爆破后试件破坏形态与裂纹分布，切本相同，3个试件的翼裂纹长度平均值分别为缝药包爆破后，沿切缝方向（水平方向）形成了两 57.7、51.4和61.8mm,3个试件的翼裂纹与切缝方条平直的定向裂纹，并在非切缝方向形成了数条向的夹角平均值分别为10.4°、11.1和14.3°.可见，较短的爆生次裂纹，切缝药包爆破达到了良好的节理的几何特征对翼裂纹起裂夹角和扩展长度均定向断裂效果.其中，3个试件的左侧定向裂纹有影响.其中，试件S2-1的翼裂纹扩展长度最小， A1、A3和A5沿切缝方向扩展至贯穿试件：而右而试件S3-1的翼裂纹扩展长度最大

如图 2 所示，实验中切缝药包管壳为采用树脂材料通过 3D 打印技术制作而成. 其中，切缝药包管壳的外径为 8 mm，管壳厚度为 1 mm，切缝宽度为 0.7 mm，切缝长度为 3 mm. 模型实验中所采用的炸药为叠氮化铅（Pb(N3 )2），Pb(N3 )2 是一种起爆药，适用于小药量的模型实验研究. Pb(N3 )2 的爆热为 1524 kJ·kg−1，爆容为 308 L·kg−1，爆速为 4478 m·s−1 . 实验中，在切缝药包管壳内装填 Pb(N3 )2，单孔装药量为 35 mg，将金属探针插入炸药中，通过高压放电起爆炸药实现对试件的爆炸加载. 1.2 实验原理与系统本模型实验主要采用动态焦散线方法[22−24] 来研究切缝药包爆破定向裂纹及节理起裂和扩展过程中的动态行为. 图 3 为动态焦散线方法的原理示意图，裂纹尖端局部区域在应力的作用下对光线的透射特性产生影响，导致垂直入射的光线在透射后会发生偏转，使得参考平面的局部区域无光线投射，形成暗区. 暗区的轮廓线被称为焦散线，焦散线的形状和尺寸分别反映了裂纹尖端的受力状态和应力集中程度. 图 3 中，σ 为试件所受的应力，D 为焦散线的特征尺寸，Z0 为试件平面到参考平面的距离. Z0 Bright area D Incident light Crack σ Reference plane σ Mode I caustics Mode I crack Incident light Transmission light Bright area Dark area 图 3 动态焦散线方法的原理示意图 Fig.3 Principle diagram of the dynamic caustics method 基于动态焦散线方法，采用数字激光动态焦散线实验系统开展实验研究. 由于爆破加载的瞬态性，为了捕捉实验中切缝药包爆破定向裂纹及节理起裂和扩展的全过程，实验系统中高速相机的拍摄速度设定为每帧 100000 s −1，即相邻两张照片之间的时间间隔为 10 μs. 2 试件破坏形态与裂纹分布 3 组实验完成后，对照分析发现组内试件的破坏形态具有很好的可重复性，每组实验随机抽取 1 个试件进行分析，分别记为试件 S1−1、S2−1 和 S3–1. 图 4 为爆破后试件破坏形态与裂纹分布，切缝药包爆破后，沿切缝方向（水平方向）形成了两条平直的定向裂纹，并在非切缝方向形成了数条较短的爆生次裂纹，切缝药包爆破达到了良好的定向断裂效果. 其中，3 个试件的左侧定向裂纹 A1、A3 和 A5 沿切缝方向扩展至贯穿试件；而右侧定向裂纹 A2、A4 和 A6 则沿切缝方向扩展至节理处，均未穿过节理. 由此可见，与闭合节理或充填节理不同的是，张开节理对裂纹的扩展具有显著的阻滞作用，显著影响了切缝药包爆破定向裂纹的扩展. 此外，3 个试件均在节理端部 M 和 N 处萌生并扩展出翼裂纹，两端翼裂纹的扩展形态和分布状态基本相同. 对节理端部 M 和 N 处萌生并扩展的翼裂纹长度 l 及其与切缝方向（水平方向）的夹角 θ 进行测量和统计，统计结果如表 1 所示. 同一试件节理端部产生的两条翼裂纹长度及其与切缝方向夹角基本相同， 3 个试件的翼裂纹长度平均值分别为 57.7、51.4 和 61.8 mm，3 个试件的翼裂纹与切缝方向的夹角平均值分别为 10.4º、11.1º和 14.3º. 可见，节理的几何特征对翼裂纹起裂夹角和扩展长度均有影响. 其中，试件 S2–1 的翼裂纹扩展长度最小，而试件 S3–1 的翼裂纹扩展长度最大. 图 2 3D 打印的切缝药包管壳 Fig.2 Slit charge tube by 3D printing · 896 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期

丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 897. (a) 与此同时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹B1和 B2.此后，两条翼裂纹持续扩展，直至=220us,翼裂纹止裂.对于试件S2-1,爆炸应力波传播至节理处时，在节理面处反射，在节理端部绕射，导致节理端部发生明显的应力集中并出现焦散线.在爆炸应力波的作用下，节理端部虽然发生应力集 (b) 中，但未发生翼裂纹起裂.随后，=60s时，定向裂纹A4扩展至节理中部位置并与节理相互作用， =80s时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹B3 和B4,两条翼裂纹持续扩展直至止裂.与试件 S2-1类似，对于试件S3-1,节理端部在爆炸应力波的作用下发生应力集中，但始终未发生翼裂纹 (c) 起裂，直至=50s时，定向裂纹A6扩展至节理中部位置并与节理相互作用，随后仁80s时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹B5和B6,并于=230us 时，翼裂纹止裂通过对上述3个试件的裂纹起裂和扩展过程图4爆破后试件破坏形态与裂纹分布.(a)试件S1-1:(b)试件S2-1: 进行对比，可以发现，切缝药包爆破产生的爆生气 (c)试件S3-1 体主要沿切缝方向释放，是定向裂纹起裂和持续 Fig.4 Fracture pattems and crack distributions of the specimens after 扩展的主要动力.此外，试件S1-1的节理端部在 blasting:(a)specimen S1-1;(b)specimen S2-1;(c)specimen S3-1 爆炸应力波的作用下未产生应力集中，而试件 3定向裂纹与节理相互作用分析 S2-1和试件S3-1的节理在爆炸应力波的作用下却产生显著的应力集中，这主要是由于节理端部 3.1相互作用过程切线方向与爆炸应力波入射方向夹角的差异导致以炸药起爆时刻记为=0s,图5所示为3个的.但即使如此，爆炸应力波作用下的节理端部应试件在爆破过程中裂纹起裂与扩展的动态焦散线力集中仍未达到起裂韧度，试件S2-1和试件系列照片.实验中，高速相机的拍摄视场越大，拍 S3-1节理端部并未在爆炸应力波的作用下发生起摄速度越低.因此，受限于高速相机的性能，在保裂和扩展行为.3个试件节理端部均在定向裂纹证拍摄速度的前提下，高速相机只能拍摄一侧定与节理相互作用后的20~30μs时发生翼裂纹的向裂纹的扩展过程.对于试件S1-1,炸药爆炸后，起裂.因此，节理端部翼裂纹的起裂不仅仅是爆炸爆炸应力波由炮孔向四周传播，=20s时，爆炸应应力波作用的结果，更是由定向裂纹与节理相互力波传播至节理处并发生发射，切缝药包爆破产作用而直接导致的.3组实验中，切缝药包爆破定生的定向裂纹A2在高速相机视场中出现.60us 向裂纹的扩展方向垂直于节理（定向裂纹垂直入时，定向裂纹A2扩展至节理中部位置，这一过程射)，使得定向裂纹与节理相互作用后，节理端部中，节理端部在爆炸应力波的作用下未发生明显 M和N的受力状态基本一致，最终使得两端翼裂的应力集中，端部翼裂纹未起裂.随后，定向裂纹纹的扩展行为和分布状态基本对称 A2与节理相互作用，大约20s以后，即=80s 为了进一步探究定向裂纹与节理的相互作用时，节理端部发生明显的应力集中并出现焦散线，过程，验证定向裂纹扩展方向对节理端部翼裂纹表1翼裂纹长度及其与切缝方向的夹角统计表 Table 1 Lengths of the wing cracks and their included angles with the slits Specimen S1-1 Specimen S2-1 Specimen S3-1 Wing crack B1 B2 Average value B3 B4 Average value B5 B6 Average value Length/mm 56.8 58.5 57.7 50.3 52.5 51.4 63.1 60.4 61.8 Angle/() 10.2 10.6 10.4 11.6 10.6 11.1 13.8 14.8 14.3

3 定向裂纹与节理相互作用分析 3.1 相互作用过程以炸药起爆时刻记为 t=0 μs，图 5 所示为 3 个试件在爆破过程中裂纹起裂与扩展的动态焦散线系列照片. 实验中，高速相机的拍摄视场越大，拍摄速度越低. 因此，受限于高速相机的性能，在保证拍摄速度的前提下，高速相机只能拍摄一侧定向裂纹的扩展过程. 对于试件 S1–1，炸药爆炸后，爆炸应力波由炮孔向四周传播，t=20 μs 时，爆炸应力波传播至节理处并发生发射，切缝药包爆破产生的定向裂纹 A2 在高速相机视场中出现. t=60 μs 时，定向裂纹 A2 扩展至节理中部位置，这一过程中，节理端部在爆炸应力波的作用下未发生明显的应力集中，端部翼裂纹未起裂. 随后，定向裂纹 A2 与节理相互作用，大约 20 μs 以后，即 t=80 μs 时，节理端部发生明显的应力集中并出现焦散线，与此同时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹 B1 和 B2. 此后，两条翼裂纹持续扩展，直至 t=220 μs，翼裂纹止裂. 对于试件 S2–1，爆炸应力波传播至节理处时，在节理面处反射，在节理端部绕射，导致节理端部发生明显的应力集中并出现焦散线. 在爆炸应力波的作用下，节理端部虽然发生应力集中，但未发生翼裂纹起裂. 随后，t=60 μs 时，定向裂纹 A4 扩展至节理中部位置并与节理相互作用， t=80 μs 时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹 B3 和 B4，两条翼裂纹持续扩展直至止裂. 与试件 S2–1 类似，对于试件 S3–1，节理端部在爆炸应力波的作用下发生应力集中，但始终未发生翼裂纹起裂，直至 t=50 μs 时，定向裂纹 A6 扩展至节理中部位置并与节理相互作用，随后 t=80 μs 时，节理端部起裂并扩展形成翼裂纹 B5 和 B6，并于 t=230 μs 时，翼裂纹止裂. 通过对上述 3 个试件的裂纹起裂和扩展过程进行对比，可以发现，切缝药包爆破产生的爆生气体主要沿切缝方向释放，是定向裂纹起裂和持续扩展的主要动力. 此外，试件 S1–1 的节理端部在爆炸应力波的作用下未产生应力集中，而试件 S2–1 和试件 S3–1 的节理在爆炸应力波的作用下却产生显著的应力集中，这主要是由于节理端部切线方向与爆炸应力波入射方向夹角的差异导致的. 但即使如此，爆炸应力波作用下的节理端部应力集中仍未达到起裂韧度，试件 S2 – 1 和试件 S3–1 节理端部并未在爆炸应力波的作用下发生起裂和扩展行为. 3 个试件节理端部均在定向裂纹与节理相互作用后的 20～30 μs 时发生翼裂纹的起裂. 因此，节理端部翼裂纹的起裂不仅仅是爆炸应力波作用的结果，更是由定向裂纹与节理相互作用而直接导致的. 3 组实验中，切缝药包爆破定向裂纹的扩展方向垂直于节理（定向裂纹垂直入射），使得定向裂纹与节理相互作用后，节理端部 M 和 N 的受力状态基本一致，最终使得两端翼裂纹的扩展行为和分布状态基本对称. 为了进一步探究定向裂纹与节理的相互作用过程，验证定向裂纹扩展方向对节理端部翼裂纹表 1 翼裂纹长度及其与切缝方向的夹角统计表 Table 1 Lengths of the wing cracks and their included angles with the slits Wing crack Specimen S1-1 Specimen S2-1 Specimen S3-1 B1 B2 Average value B3 B4 Average value B5 B6 Average value Length / mm 56.8 58.5 57.7 50.3 52.5 51.4 63.1 60.4 61.8 Angle / (º) 10.2 10.6 10.4 11.6 10.6 11.1 13.8 14.8 14.3 A1 (a) (b) (c) A2 B1 B2 A3 A4 B3 B4 A5 A6 B5 B6 图 4 爆破后试件破坏形态与裂纹分布. （a）试件 S1-1；（b）试件 S2-1；（c）试件 S3-1 Fig.4 Fracture patterns and crack distributions of the specimens after blasting: (a) specimen S1-1; (b) specimen S2-1; (c) specimen S3-1 丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 · 897 ·

900 工程科学学报，第43卷，第7期 B5起裂前的动态应力强度因子随着时间的增加而翼裂纹B8的起裂时间相对较早，为仁70s.翼裂逐渐增加.结合上文对翼裂纹起裂和扩展过程的纹B7起裂时的动态应力强度因子为0.43×10Nm32, 分析，在翼裂纹起裂前，爆炸应力波的作用是前期与翼裂纹B1起裂时的动态应力强度因子基本相动态应力强度因子增加的直接原因，而定向裂纹同：而翼裂纹B8起裂时的动态应力强度因子达到的作用导致了后期动态应力强度因子的增加.翼了0.68×10Nmn,显著大于翼裂纹B1和翼裂纹裂纹B1、B3和B5起裂时的动态应力强度因子分 B7的.定向裂纹的倾斜入射造成了节理两端受力别为0.44×10、0.98×10和0.55×10Nm32.其中，特征的差异性，定向裂纹优先作用于节理端部翼裂纹B1起裂时的动态应力强度因子最小，翼裂 N处，导致能量优先集聚，翼裂纹B8优先起裂并纹B3起裂时的动态应力强度因子最大.表明试在扩展过程中携带更多的能量，起裂后，翼裂纹件S1-1的节理端部最易起裂，而试件S2-1的节 B7的动态应力强度因子迅速衰减并率先止裂，翼理端部最难起裂.可见，节理的几何特征影响了节裂纹B8的动态应力强度因子虽然在扩展前期衰理端部翼裂纹的起裂行为.具体地，直线型节理端减较快，较大的携能仍能维持其较长时间的持续部最易起裂，半圆型节理端部起裂时的动态应力扩展.>180s时，翼裂纹B8的扩展超出高速相机强度因子是直线型节理的1.25倍，而半椭圆型节拍摄视场（图6），导致裂纹扩展后期的动态应力强理端部最难起裂，其起裂时的动态应力强度因子度因子数据缺失.通过对3条翼裂纹的扩展长度是直线型节理的2.23倍.此外，翼裂纹起裂时的动进行测量并对比，发现翼裂纹B8的扩展长度最态应力强度因子为整个起裂和扩展过程中的最大长，而翼裂纹B7的扩展长度最短值.翼裂纹起裂后，由于定向裂纹与节理的相互作 0.7 用，动态应力强度因子虽有所衰减，但在翼裂纹的 -Wing crack B1 Wing crack B7 扩展前期仍能保持较大的数值，翼裂纹扩展过程 0.6 Wing crack B8 中的翼裂纹动态应力强度因子存在“平台期”.在 .0.5 翼裂纹扩展后期，定向裂纹与节理的相互作用逐渐减弱，动态应力强度因子迅速衰减，直至翼裂纹止裂 03 1.0 Before initiation After initiation 0.2 0.8 80 120 60 200 240 tlμs 0.6 图8试件S1-1和S4-1的翼裂纹扩展过程中动态应力强度因子随时间变化曲线 0.4 Fig.8 Time curves of the dynamic intensity factor of the wing cracks in Wing crack BI specimens S1-1 and S4-1 0.2 Wing crack B3 Wing crack B5 Initiation(80 us) 4结论 50 100 150 200 250 Ius 切缝药包爆破能够产生两条沿切缝方向扩展困7试件S1-1、S2-1和S3-1的翼裂纹起裂前后动态应力强度因的定向裂纹.与闭合节理或充填节理不同的是，张子随时间变化曲线开节理对定向裂纹的扩展具有显著的阻滞作用 Fig.7 Time curves of the dynamic intensity factor of the wing cracks in 定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展，而会在节 specimens S1-1,S2-1,and S3-1 理端部产生两条翼裂纹.张开节理的几何特征对进一步地，对比分析定向裂纹垂直入射和倾翼裂纹的扩展角度和扩展长度都有显著影响.分斜入射两种情况下翼裂纹的起裂和扩展行为.图8 析表明，爆炸应力波作用下，张开节理端部能否产为冀裂纹B1(试件S1-1)、B7(试件S4-1)和生显著的应力集中现象也很大程度上取决于节理 B8(试件S4-1)起裂前后动态应力强度因子随时几何特征和应力波入射角度.本实验条件下，爆炸间的变化曲线.可以发现，试件S4-1的2条翼裂应力波的作用都未能导致翼裂纹的起裂，切缝药纹B7和B8的动态应力强度因子数值存在显著差包爆破定向裂纹与节理的相互作用是翼裂纹起裂异.翼裂纹B1和B7的起裂时间相同，均为=80S; 和扩展的直接动因.在定向裂纹垂直入射节理的

B5 起裂前的动态应力强度因子随着时间的增加而逐渐增加. 结合上文对翼裂纹起裂和扩展过程的分析，在翼裂纹起裂前，爆炸应力波的作用是前期动态应力强度因子增加的直接原因，而定向裂纹的作用导致了后期动态应力强度因子的增加. 翼裂纹 B1、B3 和 B5 起裂时的动态应力强度因子分别为 0.44×106、0.98×106 和 0.55×106 N·m−3/2 . 其中，翼裂纹 B1 起裂时的动态应力强度因子最小，翼裂纹 B3 起裂时的动态应力强度因子最大. 表明试件 S1–1 的节理端部最易起裂，而试件 S2–1 的节理端部最难起裂. 可见，节理的几何特征影响了节理端部翼裂纹的起裂行为. 具体地，直线型节理端部最易起裂，半圆型节理端部起裂时的动态应力强度因子是直线型节理的 1.25 倍，而半椭圆型节理端部最难起裂，其起裂时的动态应力强度因子是直线型节理的 2.23 倍. 此外，翼裂纹起裂时的动态应力强度因子为整个起裂和扩展过程中的最大值. 翼裂纹起裂后，由于定向裂纹与节理的相互作用，动态应力强度因子虽有所衰减，但在翼裂纹的扩展前期仍能保持较大的数值，翼裂纹扩展过程中的翼裂纹动态应力强度因子存在“平台期”. 在翼裂纹扩展后期，定向裂纹与节理的相互作用逐渐减弱，动态应力强度因子迅速衰减，直至翼裂纹止裂. Before initiation Initiation (80 μs) After initiation 0 50 100 150 200 250 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Kd I /(10 6 N·m−3/2 ) t/μs Wing crack B1 Wing crack B3 Wing crack B5 图 7 试件 S1–1、S2–1 和 S3–1 的翼裂纹起裂前后动态应力强度因子随时间变化曲线 Fig.7 Time curves of the dynamic intensity factor of the wing cracks in specimens S1–1, S2–1, and S3–1 进一步地，对比分析定向裂纹垂直入射和倾斜入射两种情况下翼裂纹的起裂和扩展行为. 图 8 为翼裂纹 B1（试件 S1 –1）、 B7（试件 S4 –1）和 B8（试件 S4–1）起裂前后动态应力强度因子随时间的变化曲线. 可以发现，试件 S4–1 的 2 条翼裂纹 B7 和 B8 的动态应力强度因子数值存在显著差异. 翼裂纹 B1 和 B7 的起裂时间相同，均为 t=80 μs；翼裂纹 B8 的起裂时间相对较早，为 t=70 μs. 翼裂纹 B7 起裂时的动态应力强度因子为 0.43×106 N·m−3/2 ，与翼裂纹 B1 起裂时的动态应力强度因子基本相同；而翼裂纹 B8 起裂时的动态应力强度因子达到了 0.68×106 N·m−3/2，显著大于翼裂纹 B1 和翼裂纹 B7 的. 定向裂纹的倾斜入射造成了节理两端受力特征的差异性，定向裂纹优先作用于节理端部 N 处，导致能量优先集聚，翼裂纹 B8 优先起裂并在扩展过程中携带更多的能量. 起裂后，翼裂纹 B7 的动态应力强度因子迅速衰减并率先止裂，翼裂纹 B8 的动态应力强度因子虽然在扩展前期衰减较快，较大的携能仍能维持其较长时间的持续扩展. t>180 μs 时，翼裂纹 B8 的扩展超出高速相机拍摄视场（图 6），导致裂纹扩展后期的动态应力强度因子数据缺失. 通过对 3 条翼裂纹的扩展长度进行测量并对比，发现翼裂纹 B8 的扩展长度最长，而翼裂纹 B7 的扩展长度最短. 80 120 160 200 240 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Kd I /(MN·m−3/2 ) t/µs Wing crack B1 Wing crack B7 Wing crack B8 图 8 试件 S1–1 和 S4–1 的翼裂纹扩展过程中动态应力强度因子随时间变化曲线 Fig.8 Time curves of the dynamic intensity factor of the wing cracks in specimens S1–1 and S4–1 4 结论切缝药包爆破能够产生两条沿切缝方向扩展的定向裂纹. 与闭合节理或充填节理不同的是，张开节理对定向裂纹的扩展具有显著的阻滞作用. 定向裂纹不会穿过张开节理继续扩展，而会在节理端部产生两条翼裂纹. 张开节理的几何特征对翼裂纹的扩展角度和扩展长度都有显著影响. 分析表明，爆炸应力波作用下，张开节理端部能否产生显著的应力集中现象也很大程度上取决于节理几何特征和应力波入射角度. 本实验条件下，爆炸应力波的作用都未能导致翼裂纹的起裂，切缝药包爆破定向裂纹与节理的相互作用是翼裂纹起裂和扩展的直接动因. 在定向裂纹垂直入射节理的 · 900 · 工程科学学报，第 43 卷，第 7 期

丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 901· 情况下，不同几何特征节理的翼裂纹在起裂时的 cartridge decoupling charge blasting.Int J Rock Mech Min Sci, 动态强度因子也存在显著差异，节理的儿何特征 2017,96:34 决定了翼裂纹起裂的难易程度. [9]Song JS,Wang Y B.Gao X T,et al.The mechanism of directional fracture controlled blasting and its application.J Min Sci Technol, 此外，定向裂纹与张开节理相互作用时的入 2016,1(1:16 射角度对节理端部翼裂纹的起裂和扩展行为有显 (宋俊生，王雁冰，高祥涛，等.定向断裂控制爆破机理及应用. 著影响.当定向裂纹垂直入射时，节理两端的受力矿业科学学报，2016,1(1)：16) 状态基本相同.两条翼裂纹的起裂和扩展行为基 [10]Yang R S,Ding C X,Yang L Y,et al.Experimental study on the 本一致，两条翼裂纹的分布状态基本对称.当定向 effects of joints on the blasting induced cracks propagation.Vib 裂纹倾斜入射时，节理两端的受力状态存在差异， Shock,2017,36(10:26 靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂 (杨仁树，丁晨曦，杨立云，等.节理对爆生裂纹扩展影响的试验能量，从而优先起裂和扩展，并形成更长的翼裂纹，研究.振动与冲击，2017,36(10)：26) [11]Aliabadian Z,Sharafisafa M,Mortazavi A,et al.Wave and 参考文献 fracture propagation in continuum and faulted rock masses: distinct element modeling.Arab Geosci,2014,7(12):5021 [1]Guo D Y,Zhao J C,Zhu T G,et al.Crack propagation and [12]Deng X F,Zhu J B,Chen S G,et al.Numerical study on tunnel coalescence mechanism of double-hole cumulative blasting in coal damage subject to blast-induced shock wave in jointed rock seam.Chin J Eng,2020,42(12):1613 masses.Tunnelling Underground Space Technol,2014,43:88 (郭德勇，赵杰超，朱同功，等.双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通 [13]Zhao A P,Feng C,Guo R K,et al.Effect of joints on blasting and 机理.工程科学学报，2020,42(12)：1613) stress wave propagation.Chin J Rock Mech Eng,2018,37(9): [2]Xu P,Chen C,Guo Y,et al.Experimental study on crack 2027 propagation of slit charge blasting in media with vertical bedding (赵安平，冯春，郭汝坤，等.节理特性对应力波传播及爆肢效果 plane.J Min Sci Technol,2019,4(6):498 的影响规律研究.岩石力学与工程学报，2018,37(9)：2027) (许鹏，陈程，郭祥，等.含垂直层理介质在切缝药包爆破下裂纹 [14]Xie B,Li H B,Wang C B,et al.Numerical simulation of presplit 扩展行为的试验研究.矿业科学学报，2019,4(6)：498) blasting influenced by geometrical characteristics of joints.Rock [3]Yang R S,Zhang Z R.Yang L Y,et al.Cumulative blasting Soil Mech,2011,32(12:3812 experiment study of slotted cartridge based on hard-rock rapid (谢冰，李海波，王长柏，等.节理几何特征对预裂爆破效果影响 driving technology.Chin J Rock Mech Eng,2013,32(2):317 的数值模拟.岩土力学，2011,32(12)：3812) (杨仁树，张召冉，杨立云，等.基于硬岩快掘技术的切缝药包聚 [15]Yang R S,Ding C X,Yang L Y,et al.Model experiment on 能爆破试验研究.岩石力学与工程学报，2013,32(2)：317) dynamic behavior of jointed rock mass under blasting at high- [4]Yang R S,Yang G L.Gao X T.Theory and Practice of stress conditions.Tunnelling Underground Space Technol,2018. Directional Fracture Controlled Blasting.Beijing:Science Press, 74:145 2017 [16]Hu R,Zhu Z M,Zhang X Y,et al.Effect of joint orientation on (杨仁树，杨国梁，高样涛.定向断裂控制爆破理论与实践.北 rock blasting.J Sichuan Univ Eng Sci,2012,44(S2):41 京：科学出版社，2017) (胡荣，朱哲明，张晓燕，等.节理方位对岩石爆破的影响规律 [5]Cheng B,Wang H B.Zong Q.Numerical simulation on blasting 四川大学学报：工程科学版，2012,44增刊241) mechanism of slotted cartridge based on coupled SPH-FEM [17]Qu S J,Liu J F.Numerical analysis of joint angle effect on algorithm.ChinJEnergy Mater,2020,28(4):300 cracking with presplit blasting.Rock Soil Mech,2015,36(1):189 (程兵，汪海波，宗琦.基于SPH-FEM耦合法切缝药包爆破机理 (璩世杰，刘际飞.节理角度对预裂爆破成缝效果的影响研究数值模拟.含能材料，2020,28(4)：300) 岩土力学，2015,36(1)：189) [6]Yue Z W,Yang L Y,Wang Y B.Experimental study of crack [18]Yang R S,Ding C X,Li YL,et al.Crack propagation behavior in propagation in polymethyl methacrylate material with double holes slit charge blasting under high static stress conditions.IntJRock under the directional controlled blasting.Fatigue Fract Eng Mater Mech Min Sci,2019,119:117 Struct,2013,36(8):827 [19]Li M,Zhu Z M,Liu R F,et al.Study of the effect of empty holes [7]Xiao Z X,Lu M,Lu Y S,et al.Dynamic photoelasticity on propagating cracks under blasting loads.IntJ Rock Mech Min experimental study on influence of slit's width on slit chrage's Sci,2018,103:186 blast effect.J PLA Univ Sci Technol Nat Sci,2006,7(4):371 [20]Li Q.Xu WL,Guo Y,et al.Propagation law of blasting crack at (肖正学，陆忞，陆渝生，等.切缝宽度对药包爆炸效应影响的 end of cylinder blasthole under uniaxial static pressure.J Vib 动光弹试验.解放军理工大学学报：自然科学版，2006,7(4)： Sh0ck,2020,39(13):91 371) (李清，徐文龙，郭洋，等.单向静压下柱状炮孔端部爆生裂纹的 [8]Wang Y B.Study of the dynamic fracture effect using slotted 扩展规律.振动与冲击，2020,39(13)：91)

情况下，不同几何特征节理的翼裂纹在起裂时的动态强度因子也存在显著差异，节理的几何特征决定了翼裂纹起裂的难易程度. 此外，定向裂纹与张开节理相互作用时的入射角度对节理端部翼裂纹的起裂和扩展行为有显著影响. 当定向裂纹垂直入射时，节理两端的受力状态基本相同，两条翼裂纹的起裂和扩展行为基本一致，两条翼裂纹的分布状态基本对称. 当定向裂纹倾斜入射时，节理两端的受力状态存在差异，靠近定向裂纹入射点的一端能够获得更多的起裂能量，从而优先起裂和扩展，并形成更长的翼裂纹. 参考文献 Guo D Y, Zhao J C, Zhu T G, et al. Crack propagation and coalescence mechanism of double-hole cumulative blasting in coal seam. Chin J Eng, 2020, 42（12）: 1613 （郭德勇, 赵杰超, 朱同功, 等. 双孔聚能爆破煤层裂隙扩展贯通机理. 工程科学学报, 2020, 42（12）：1613） [1] Xu P, Chen C, Guo Y, et al. Experimental study on crack propagation of slit charge blasting in media with vertical bedding plane. J Min Sci Technol, 2019, 4（6）: 498 （许鹏, 陈程, 郭洋, 等. 含垂直层理介质在切缝药包爆破下裂纹扩展行为的试验研究. 矿业科学学报, 2019, 4（6）：498） [2] Yang R S, Zhang Z R, Yang L Y, et al. Cumulative blasting experiment study of slotted cartridge based on hard-rock rapid driving technology. Chin J Rock Mech Eng, 2013, 32（2）: 317 （杨仁树, 张召冉, 杨立云, 等. 基于硬岩快掘技术的切缝药包聚能爆破试验研究. 岩石力学与工程学报, 2013, 32（2）：317） [3] Yang R S, Yang G L, Gao X T. Theory and Practice of Directional Fracture Controlled Blasting. Beijing: Science Press, 2017 （杨仁树, 杨国梁, 高祥涛. 定向断裂控制爆破理论与实践. 北京: 科学出版社, 2017） [4] Cheng B, Wang H B, Zong Q. Numerical simulation on blasting mechanism of slotted cartridge based on coupled SPH-FEM algorithm. Chin J Energy Mater, 2020, 28（4）: 300 （程兵, 汪海波, 宗琦. 基于SPH-FEM耦合法切缝药包爆破机理数值模拟. 含能材料, 2020, 28（4）：300） [5] Yue Z W, Yang L Y, Wang Y B. Experimental study of crack propagation in polymethyl methacrylate material with double holes under the directional controlled blasting. Fatigue Fract Eng Mater Struct, 2013, 36（8）: 827 [6] Xiao Z X, Lu M, Lu Y S, et al. Dynamic photoelasticity experimental study on influence of slit ’s width on slit chrage ’s blast effect. J PLA Univ Sci Technol Nat Sci, 2006, 7（4）: 371 （肖正学, 陆忞, 陆渝生, 等. 切缝宽度对药包爆炸效应影响的动光弹试验. 解放军理工大学学报: 自然科学版, 2006, 7（4）： 371） [7] [8] Wang Y B. Study of the dynamic fracture effect using slotted cartridge decoupling charge blasting. Int J Rock Mech Min Sci, 2017, 96: 34 Song J S, Wang Y B, Gao X T, et al. The mechanism of directional fracture controlled blasting and its application. J Min Sci Technol, 2016, 1（1）: 16 （宋俊生, 王雁冰, 高祥涛, 等. 定向断裂控制爆破机理及应用. 矿业科学学报, 2016, 1（1）：16） [9] Yang R S, Ding C X, Yang L Y, et al. Experimental study on the effects of joints on the blasting induced cracks propagation. J Vib Shock, 2017, 36（10）: 26 （杨仁树, 丁晨曦, 杨立云, 等. 节理对爆生裂纹扩展影响的试验研究. 振动与冲击, 2017, 36（10）：26） [10] Aliabadian Z, Sharafisafa M, Mortazavi A, et al. Wave and fracture propagation in continuum and faulted rock masses: distinct element modeling. Arab J Geosci, 2014, 7（12）: 5021 [11] Deng X F, Zhu J B, Chen S G, et al. Numerical study on tunnel damage subject to blast-induced shock wave in jointed rock masses. Tunnelling Underground Space Technol, 2014, 43: 88 [12] Zhao A P, Feng C, Guo R K, et al. Effect of joints on blasting and stress wave propagation. Chin J Rock Mech Eng, 2018, 37（9）: 2027 （赵安平, 冯春, 郭汝坤, 等. 节理特性对应力波传播及爆破效果的影响规律研究. 岩石力学与工程学报, 2018, 37（9）：2027） [13] Xie B, Li H B, Wang C B, et al. Numerical simulation of presplit blasting influenced by geometrical characteristics of joints. Rock Soil Mech, 2011, 32（12）: 3812 （谢冰, 李海波, 王长柏, 等. 节理几何特征对预裂爆破效果影响的数值模拟. 岩土力学, 2011, 32（12）：3812） [14] Yang R S, Ding C X, Yang L Y, et al. Model experiment on dynamic behavior of jointed rock mass under blasting at highstress conditions. Tunnelling Underground Space Technol, 2018, 74: 145 [15] Hu R, Zhu Z M, Zhang X Y, et al. Effect of joint orientation on rock blasting. J Sichuan Univ Eng Sci, 2012, 44(S2): 41 （胡荣, 朱哲明, 张晓燕, 等. 节理方位对岩石爆破的影响规律. 四川大学学报: 工程科学版, 2012, 44(增刊2): 41） [16] Qu S J, Liu J F. Numerical analysis of joint angle effect on cracking with presplit blasting. Rock Soil Mech, 2015, 36（1）: 189 （璩世杰, 刘际飞. 节理角度对预裂爆破成缝效果的影响研究. 岩土力学, 2015, 36（1）：189） [17] Yang R S, Ding C X, Li Y L, et al. Crack propagation behavior in slit charge blasting under high static stress conditions. Int J Rock Mech Min Sci, 2019, 119: 117 [18] Li M, Zhu Z M, Liu R F, et al. Study of the effect of empty holes on propagating cracks under blasting loads. Int J Rock Mech Min Sci, 2018, 103: 186 [19] Li Q, Xu W L, Guo Y, et al. Propagation law of blasting crack at end of cylinder blasthole under uniaxial static pressure. J Vib Shock, 2020, 39（13）: 91 （李清, 徐文龙, 郭洋, 等. 单向静压下柱状炮孔端部爆生裂纹的扩展规律. 振动与冲击, 2020, 39（13）：91） [20] 丁晨曦等：切缝药包爆破定向裂纹与张开节理相互作用的实验研究 · 901 ·