夏彬伟等：缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 1133 #4-1组实验得到的并非单一应力波的标准“压力- 时间”曲线.但实验测到的冲击波压力峰值和冲击 波压力上升沿，仍然根据不耦合介质的不同而具 有明显差异 图5VIB-1204F数据采集仪 3.1.2冲击波压力峰值大小分析 Fig.5 VIB-1204F data acquisition instrument 通过对实验获得的冲击波压力峰值（表3）的 和空气不耦合爆破共12组实验，分别测量分析空 分析发现，不耦合介质为空气与水时，对于同一不 气介质和水介质下的冲击波载荷和准静态压力特 耦合介质，药量的改变对冲击波压力峰值影响不 征.实验组设置如表2所示： 大.不同三组药量下，空气不耦合爆破中冲击波压 力峰值几乎相同，为8.09t0.18MPa;水压爆破冲击 表2实验组设置 波压力峰值存在一定差异，但并非随药量增大而增 Table 2 Settings of the experimental group 大，应为实验误差所致，其压力为286.28±42.98MPa Uncoupling medium Charge weight/mg Experimental number 因此进一步的研究中不再考虑装药量大小，而进 150 #1-1,#1-2 行不同耦合介质下压力峰值的对比.实验中炮孔 Air 200 #2-1,#2-2 等效半径为36.5mm,装药半径为3mm,不耦合装 250 #3-1,#3-2 药系数为K=12.5. 150 #4-1,#4-2 根据赵金昌例的研究结果，TNT炸药的不耦 Water 200 #5-1,#5-2 合爆破炮孔壁冲击波公式如下所列. 250 6-1.#6-2 空气不偶合爆破炮孔壁冲击波压力： P,=2518K28 (1) 3实验结果与分析 水压爆破炮孔壁冲击波压力： 3.1冲击压力实验结果与分析 Pa=3616K0.72 (2) 3.1.1冲击波压力测试结果 当K:12.5,理论上TNT炸药的水压爆破的炮 由于实验原始数据量较大，每秒包含10？个数 孔壁冲击波压力为空气不耦合爆破的300倍左 据点，且原始数据存在一定的干扰噪音，故对实验 右：而实验使用的是自制火药，非当量炸药，无法 原始曲线波峰、波谷以及突变处的关键点进行取 准确计算其理论冲击波压力峰值大小.实验测得 点作图，并将曲线时间起点归零，便于实验组对比 空气不耦合爆破冲击波压力峰值平均值为8.09MPa, 分析，如图6所示.同时对实验获得的冲击波压力 水压爆破冲击波压力峰值平均值为286.28MPa, 起点、峰值时刻关键点坐标进行记录，如表3 可得水压爆破冲击波压力峰值为空气不耦合爆破 所示. 的35倍左右，虽然未达到TNT炸药理论计算的高 由于缝槽尖端处应力波受波的反射、干涉等 倍数，但峰值压力也有明显提升.表明水作为缝槽 影响，以及实验设备存在一定噪音，故#1-1、#2-1、 炮孔不耦合介质后，冲击压力峰值显著增大 10 350 (a) #1-1 (b) #4-1 300 dw/d #6-1 250 200 150 50 -10 0 1015202530 0 5 1015202530 Time/ms Time/ms 图6爆炸冲击波“压力-时间”曲线.(a)空气不耦合爆破：(b)水压爆破 Fig.6 Pressure-time curve of blasting shock wave:(a)air uncoupling charge blasting;(b)hydraulic blasting和空气不耦合爆破共 12 组实验，分别测量分析空 气介质和水介质下的冲击波载荷和准静态压力特 征. 实验组设置如表 2 所示： 表 2 实验组设置 Table 2 Settings of the experimental group Uncoupling medium Charge weight /mg Experimental number Air 150 #1-1, #1-2 200 #2-1, #2-2 250 #3-1, #3-2 Water 150 #4-1, #4-2 200 #5-1, #5-2 250 #6-1, #6-2 3    实验结果与分析 3.1    冲击压力实验结果与分析 3.1.1    冲击波压力测试结果 由于实验原始数据量较大，每秒包含 107 个数 据点，且原始数据存在一定的干扰噪音，故对实验 原始曲线波峰、波谷以及突变处的关键点进行取 点作图，并将曲线时间起点归零，便于实验组对比 分析，如图 6 所示. 同时对实验获得的冲击波压力 起点 、峰值时刻关键点坐标进行记录 ，如 表 3 所示. 由于缝槽尖端处应力波受波的反射、干涉等 影响，以及实验设备存在一定噪音，故#1-1、#2-1、 #4-1 组实验得到的并非单一应力波的标准“压力− 时间”曲线. 但实验测到的冲击波压力峰值和冲击 波压力上升沿，仍然根据不耦合介质的不同而具 有明显差异. 3.1.2    冲击波压力峰值大小分析 通过对实验获得的冲击波压力峰值（表 3）的 分析发现，不耦合介质为空气与水时，对于同一不 耦合介质，药量的改变对冲击波压力峰值影响不 大. 不同三组药量下，空气不耦合爆破中冲击波压 力峰值几乎相同，为 8.09±0.18 MPa；水压爆破冲击 波压力峰值存在一定差异，但并非随药量增大而增 大，应为实验误差所致，其压力为 286.28±42.98 MPa. 因此进一步的研究中不再考虑装药量大小，而进 行不同耦合介质下压力峰值的对比. 实验中炮孔 等效半径为 36.5 mm，装药半径为 3 mm，不耦合装 药系数为 Kd=12.5. 根据赵金昌[19] 的研究结果，TNT 炸药的不耦 合爆破炮孔壁冲击波公式如下所列. 空气不偶合爆破炮孔壁冲击波压力： Pb = 2518K −2.8 d （1） 水压爆破炮孔壁冲击波压力： Pd = 3616K −0.72 d （2） 当 Kd=12.5，理论上 TNT 炸药的水压爆破的炮 孔壁冲击波压力为空气不耦合爆破的 300 倍左 右；而实验使用的是自制火药，非当量炸药，无法 准确计算其理论冲击波压力峰值大小. 实验测得 空气不耦合爆破冲击波压力峰值平均值为 8.09 MPa， 水压爆破冲击波压力峰值平均值为 286.28 MPa， 可得水压爆破冲击波压力峰值为空气不耦合爆破 的 35 倍左右，虽然未达到 TNT 炸药理论计算的高 倍数，但峰值压力也有明显提升. 表明水作为缝槽 炮孔不耦合介质后，冲击压力峰值显著增大. 图 5    VIB-1204F 数据采集仪 Fig.5    VIB-1204F data acquisition instrument 0 5 10 15 20 25 30 −10 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8 10 Time/ms (a) #1-1 #2-1 #3-1 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 Time/ms (b) #4-1 #5-1 #6-1 Shock wave press, Pb/MPa Shock wave press, Pd/MPa 图 6    爆炸冲击波“压力−时间”曲线. （a）空气不耦合爆破；（b）水压爆破 Fig.6    Pressure−time curve of blasting shock wave: (a) air uncoupling charge blasting; (b) hydraulic blasting 夏彬伟等： 缝槽水压爆破破岩载荷实验研究 · 1133 ·