工程科学学报.第44卷，第X期：1-12.2021年X月 Chinese Journal of Engineering,Vol.44,No.X:1-12,X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.14.004;http://cje.ustb.edu.cn 应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟 李永祺，2，梁正召)区，钱希坤)，刘红波) 1)大连理工大学土木工程学院，大连1160242)中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安7100433)大连市市政设计研究院有限责任公 司，大连116011 ☒通信作者，E-mail:LiangZZ@dlut,edu.cn 摘要运用RFPA3D动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程，探究了应力波峰值、能量、上 升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响.研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响，应力波上升速率越 快，孔周边岩石越破碎；应力波能量影响裂纹扩展长度，能量越大裂纹扩展越长，而相同能量条件下，应力波上升速率越小，裂 纹扩展距离越远，但孔边破碎程度越弱：上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径.数值模拟结果很好地揭 示了不同应力波峰值、能量与上升下降速率对岩石的破碎机制，在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间 隔装药结构来延长应力波作用时间，以达到扩大爆破影响范围的目的，而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升 速率从而增强孔边破碎效果 关键词爆炸动载：波形：预制裂纹：岩石裂纹：三维数值模拟 分类号TG142.71 Effect of stress waveform on the rock blasting crack propagation mechanism using numerical simulation LI Yong-qi2).LIANG Zheng-zhao,QIAN Xi-kun.LIU Hong-bo 1)School of Civil Engineering,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China 2)China Railway First Survey and Design Institute Group Co.Ltd.,Xi'an710043,China 3)Dalian Municipal Design and Research Institute Co.Ltd.Dalian 116011,China Corresponding author,E-mail:LiangZZ@dlut.edu.cn ABSTRACT The type,proportion,and charging method of explosives produce different stress waveforms,which greatly affect rock crack propagation.Because of the complex interaction law between waveform parameters such as the peak value,wavelength,energy, and rise or fall rate,and the limited physical and mechanical test conditions,quantitatively controlling waveform parameters in a blasting test is difficult.Numerical simulation has advantages in revealing the influence law of the stress wave.In this paper,RFPA dynamic analysis software was used to simulate the crack propagation in a rock with a prefabricated crack under impact loads,and the effects of the stress wave peak value,energy,rise rate,and fall rate of the stress wave on the rock crack propagation process were investigated. Results show that the rock crack propagation pattern under dynamic loads was affected by the rise rate of the stress wave.The faster the stress wave rose,the more breakages occurred around the hole.For the crack propagation length,the crack grew longer with the increase in the stress wave energy.When the stress wave energy was constant,the crack grew farther with the decrease in the rise rate,but the broken degree around the hole was decreased.The rise rate and the energy of the rising edge of the stress wave affected the radius of the 收稿日期：2021-04-14 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2018YFC1505301):国家自然科学基金资助项目(41977219)：煤炭资源与安全开采国家重点实验 室开放基金资助项目(KLCRSMI9KFA02)应力波形对岩石爆生裂纹扩展机制影响的数值模拟 李永祺1,2)，梁正召1) 苣，钱希坤1)，刘红波3) 1) 大连理工大学土木工程学院, 大连 116024    2) 中铁第一勘察设计院集团有限公司, 西安 710043    3) 大连市市政设计研究院有限责任公 司, 大连 116011 苣通信作者， E-mail: LiangZZ@dlut.edu.cn 摘    要    运用 RFPA3D 动力分析软件模拟了冲击动力作用下含预制裂纹岩石的裂纹扩展过程，探究了应力波峰值、能量、上 升及下降速率对岩石裂纹扩展过程的影响. 研究表明动载下岩石裂纹扩展形态受应力波上升速率影响，应力波上升速率越 快，孔周边岩石越破碎；应力波能量影响裂纹扩展长度，能量越大裂纹扩展越长，而相同能量条件下，应力波上升速率越小，裂 纹扩展距离越远，但孔边破碎程度越弱；上升速率和应力波上升沿能量共同影响着炮孔粉碎区半径. 数值模拟结果很好地揭 示了不同应力波峰值、能量与上升/下降速率对岩石的破碎机制，在实际爆破作业中可以通过水炮泥封口或者采用空气柱间 隔装药结构来延长应力波作用时间，以达到扩大爆破影响范围的目的，而通过选取合适类型与配比的炸药来提升应力波上升 速率从而增强孔边破碎效果. 关键词    爆炸动载；波形；预制裂纹；岩石裂纹；三维数值模拟 分类号    TG142.71 Effect  of  stress  waveform  on  the  rock  blasting  crack  propagation  mechanism  using numerical simulation LI Yong-qi1,2) ，LIANG Zheng-zhao1) 苣 ，QIAN Xi-kun1) ，LIU Hong-bo3) 1) School of Civil Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China 2) China Railway First Survey and Design Institute Group Co. Ltd., Xi’an 710043, China 3) Dalian Municipal Design and Research Institute Co. Ltd., Dalian 116011, China 苣 Corresponding author, E-mail: LiangZZ@dlut.edu.cn ABSTRACT    The type, proportion, and charging method of explosives produce different stress waveforms, which greatly affect rock crack propagation. Because of the complex interaction law between waveform parameters such as the peak value, wavelength, energy, and rise or fall rate, and the limited physical and mechanical test conditions, quantitatively controlling waveform parameters in a blasting test is difficult. Numerical simulation has advantages in revealing the influence law of the stress wave. In this paper, RFPA3D dynamic analysis software was used to simulate the crack propagation in a rock with a prefabricated crack under impact loads, and the effects of the stress wave peak value, energy, rise rate, and fall rate of the stress wave on the rock crack propagation process were investigated. Results show that the rock crack propagation pattern under dynamic loads was affected by the rise rate of the stress wave. The faster the stress wave rose, the more breakages occurred around the hole. For the crack propagation length, the crack grew longer with the increase in the stress wave energy. When the stress wave energy was constant, the crack grew farther with the decrease in the rise rate, but the broken degree around the hole was decreased. The rise rate and the energy of the rising edge of the stress wave affected the radius of the 收稿日期: 2021−04−14 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2018YFC1505301）；国家自然科学基金资助项目（41977219）；煤炭资源与安全开采国家重点实验 室开放基金资助项目（KLCRSMI9KFA02） 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期：1−12，2021 年 X 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 44, No. X: 1−12, X 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2021.04.14.004; http://cje.ustb.edu.cn