魏晨慧等：不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 ·21* Suep 25 Suep 50 Step 60 Slep 80 Siep 100 a)无节里 b30° (g45 60 e)90 图3侧压力系数A=0.5(ow=5 MPa,Ohe=2.5MPa)时含节理岩体爆生裂纹演化过程 Fig.3 Evolution of blasting induced cracks in jointed roek with the lateral pressure coefficient A of 0.5 (=5 MPa,=2.5 MPa) 终分布形态可以看出：侧压力系数入=0.5时，与无节 理时，在爆破应力波作用阶段，首先在孔壁周边萌生径 理相比，当炮孔间存在节理时，竖向裂纹延伸更长，即 向微裂纹(Step25),之后竖直方向的裂纹进一步扩展 裂纹扩展主方向趋于最大地应力方向，最终的裂纹区 延伸，而水平方向的裂纹则扩展不明显(Step50).这 面积也更大：节理角度为30°时对爆生裂纹的影响最 是由于节理的存在改变了节理周边的应力场分布，爆 大，爆生裂纹与节理面连通，形成典型的“之”字形 破应力波传至节理面发生反射形成拉伸应力，对靠近 断裂. 节理一侧爆生裂纹的扩展具有促进作用，而靠近节理 2.2侧压力系数入=1时爆生裂纹演化过程 一侧爆生裂纹的扩展也进一步促进了背离节理一侧爆 图4所示为侧压力系数入=1(0w=0= 生裂纹沿竖直方向的扩展.在爆生气体压力作用阶 5MP),无节理以及节理角度分别为30°、45°、60°和 段，靠近节理面一侧的裂纹继续扩展并向节理端部方 90°时，孔壁周边裂纹在爆破应力波及爆生气体作用下 向偏斜，最终与节理连通，而背离节理面一侧的裂纹在 的完整演化过程. 扩展过程中也向节理面方向偏斜，最终形成与节理面 对比图4(a)和图3(a)可以看出，无节理时，爆破 几乎平行的主裂纹. 应力波和爆生气体压力的致裂效果都不明显，最终仅 当两炮孔间存在45°或60°角的节理时，在爆破应 在孔壁周边形成小范围的压碎区和径向微裂纹区，径 力波作用阶段，与图4(b)类似，首先在孔壁周边萌生 向主裂纹区不明显，两孔间裂纹也远没有贯通.这是 几条径向微裂纹(Step25),其中竖直方向的微裂纹扩 由于侧压力系数入=1时会在孔壁周边形成压应力 展较明显(Step50).在爆生气体压力作用阶段，原有 区，与应力波和爆生气体产生的环向（切向）拉伸应力 竖向裂纹进一步扩展(Step60),其中靠近节理面一侧 相反，抑制了拉伸裂纹的萌生与扩展. 的竖向主裂纹在扩展过程中向节理端部偏斜，而背离 由图4(b)可以看出，当两炮孔间存在30°角的节 节理面一侧的竖向主裂纹在扩展过程中也向节理方向魏晨慧等: 不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 图 3 侧压力系数 λ = 0. 5 ( σby = 5 MPa，σbx = 2. 5 MPa) 时含节理岩体爆生裂纹演化过程 Fig． 3 Evolution of blasting induced cracks in jointed rock with the lateral pressure coefficient λ of 0. 5 ( σby = 5 MPa，σbx = 2. 5 MPa) 终分布形态可以看出: 侧压力系数 λ = 0. 5 时，与无节 理相比，当炮孔间存在节理时，竖向裂纹延伸更长，即 裂纹扩展主方向趋于最大地应力方向，最终的裂纹区 面积也更大; 节理角度为 30°时对爆生裂纹的影响最 大，爆生裂纹与节理面连通，形 成 典 型 的“之”字 形 断裂． 2. 2 侧压力系数 λ = 1 时爆生裂纹演化过程 图 4 所 示 为 侧 压 力 系 数 λ = 1 ( σbx = σby = 5 MPa) ，无节理以及节理角度分别为 30°、45°、60°和 90°时，孔壁周边裂纹在爆破应力波及爆生气体作用下 的完整演化过程． 对比图 4( a) 和图 3( a) 可以看出，无节理时，爆破 应力波和爆生气体压力的致裂效果都不明显，最终仅 在孔壁周边形成小范围的压碎区和径向微裂纹区，径 向主裂纹区不明显，两孔间裂纹也远没有贯通． 这是 由于侧压力系数 λ = 1 时会在孔壁周边形成压应力 区，与应力波和爆生气体产生的环向( 切向) 拉伸应力 相反，抑制了拉伸裂纹的萌生与扩展． 由图 4( b) 可以看出，当两炮孔间存在 30°角的节 理时，在爆破应力波作用阶段，首先在孔壁周边萌生径 向微裂纹( Step 25) ，之后竖直方向的裂纹进一步扩展 延伸，而水平方向的裂纹则扩展不明显( Step 50) ． 这 是由于节理的存在改变了节理周边的应力场分布，爆 破应力波传至节理面发生反射形成拉伸应力，对靠近 节理一侧爆生裂纹的扩展具有促进作用，而靠近节理 一侧爆生裂纹的扩展也进一步促进了背离节理一侧爆 生裂纹沿竖直方向的扩展． 在爆生气体压力作用阶 段，靠近节理面一侧的裂纹继续扩展并向节理端部方 向偏斜，最终与节理连通，而背离节理面一侧的裂纹在 扩展过程中也向节理面方向偏斜，最终形成与节理面 几乎平行的主裂纹． 当两炮孔间存在 45°或 60°角的节理时，在爆破应 力波作用阶段，与图 4( b) 类似，首先在孔壁周边萌生 几条径向微裂纹( Step 25) ，其中竖直方向的微裂纹扩 展较明显( Step 50) ． 在爆生气体压力作用阶段，原有 竖向裂纹进一步扩展( Step 60) ，其中靠近节理面一侧 的竖向主裂纹在扩展过程中向节理端部偏斜，而背离 节理面一侧的竖向主裂纹在扩展过程中也向节理方向 · 12 ·