工程科学学报，第44卷，第X期 2.3爆炸荷载下岩体内部的损伤测试及评价方法 分形损伤理论研究了爆炸作用下介质的损伤破坏 爆炸应力场作用下的岩石损伤测试方面，主 规律，定量研究了普通药包和切缝药包爆破中炮 要采用声波检测、钻孔窥视、声发射、微地震监 孔周围不同区域的损伤破坏程度四，如图7~8所 测、钻孔CT、围岩变形监测以及地质雷达等手段 示（图8中D1~D4为炸药耦合侧的分形维数）.在 确定围岩损伤范围. 青岛地铁区间隧道光面爆破中利用声波测试的方 为解决边界约束和冲孔的问题，自主设计研 法研究了切缝药包的减震减损规律)发明了一 发了一种“主动围压与边界约束装置”2（如图6） 种基于第二临空面形成时间的楔形掏槽起爆段别 将CT扫描及三维重构等手段引入爆破损伤的分 设计方法，适用于城市浅埋隧道的低振动精确控 析中，提出了岩石损伤度的测试及计算方法.基于 制爆破2网 (a) (b) (c) (d) 图6“主动围压与边界约束装置”实物图.(a)侧视图：(b)仰视图：(c)正视图：(d)俯视图1：(e)俯视图2 Fig6 Physical diagram of active confining pressure and boundary constraints:(a)side view,(b)bottom view,(c)front view,(d)top view (e)top view2 测的方法来描述分析岩体的损伤特性.所测数据 Upper part 为被选取两侧点之间的均值，但是岩石材料的内 +45 部颗粒组成差异性较为明显，同时密度也存在较 大差异，因此测量精度并不是很高.地质雷达的探 测精度及雷达图像的判释依据具有相对的局限 性，可靠性并不是很高，影响了地质雷达探测结果 的准确性和可靠性，并且部分操作较为困难，例如 在检测大断面空间保留岩体时明显困难；而在地 图7普通药包爆破下裂纹分区 下空间规模较大的工程中，需要不间断地对损伤 Fig.7 Crack partition under ordinary charge blasting 区进行追踪检测，但是由于坡体结构等地质因素 的制约，检测难度非常大，人力物力资源耗费严 4.0 3.5 -。-Upper part 重.因此对于岩石的爆破损伤评价仍需进行大量 3.0 --Lower part Left 的工作来深入研究 2.5 Right 2.0 2.4岩石、混凝土疲劳 1.5D,=1.610 D2=1.499 在爆破振动方面，采用现场测试的方法对岩 1.0 D3=1.502 0.5 D,=1.651 石巷道爆破近区的振动进行测试，随着掘进工作 0 0.5 1.01.5 2.02.5 面的推进，得出了爆破振动沿巷道侧壁的传播衰 lg o 减规律；基于超声波测试技术手段，通过对巷道侧 图8普通药包爆破下炮孔Ⅱ区的分形维数 壁的损伤规律进行分析，揭示了爆破振动下岩体 Fig.8 Fractal dimension of Area Il under ordinary charge blasting 的损伤累积规律] 在岩石爆破损伤评价方面，由于地质条件的 在循环载荷方面，岩石材料在循环荷载的作 复杂多变，相对应的岩石爆破损伤评价方法也多 用下，岩石的强度明显和常规条件下的强度和变 种多样，尚未形成统一、较为精确和完善的爆破损 形规律不同，强度明显降低，破坏强度峰值明显低 伤评价及控制方法.鉴于岩体内部的裂隙、节理 于常规实验条件下的破坏强度峰值.在变形方面 对于波速的敏感性较高，因此可以采用超声波检 则表现为记忆性，破坏点的位置受到常规应力-应2.3    爆炸荷载下岩体内部的损伤测试及评价方法 爆炸应力场作用下的岩石损伤测试方面，主 要采用声波检测、钻孔窥视、声发射、微地震监 测、钻孔 CT、围岩变形监测以及地质雷达等手段 确定围岩损伤范围. 为解决边界约束和冲孔的问题，自主设计研 发了一种“主动围压与边界约束装置” [21] （如图 6）. 将 CT 扫描及三维重构等手段引入爆破损伤的分 析中，提出了岩石损伤度的测试及计算方法. 基于 分形损伤理论研究了爆炸作用下介质的损伤破坏 规律，定量研究了普通药包和切缝药包爆破中炮 孔周围不同区域的损伤破坏程度[22] ，如图 7～8 所 示（图 8 中 D1～D4 为炸药耦合侧的分形维数）. 在 青岛地铁区间隧道光面爆破中利用声波测试的方 法研究了切缝药包的减震减损规律[23] . 发明了一 种基于第二临空面形成时间的楔形掏槽起爆段别 设计方法，适用于城市浅埋隧道的低振动精确控 制爆破[24] . (a) (b) (c) (d) (e) 图 6    “主动围压与边界约束装置”实物图.（a）侧视图；（b）仰视图；（c）正视图；（d）俯视图 1；（e）俯视图 2 Fig.6    Physical diagram of active confining pressure and boundary constraints：(a) side view; (b) bottom view; (c) front view; (d) top view 1; (e) top view 2 Upper part Left Right −45° +45° Ⅰ Ⅱ Ⅲ 图 7    普通药包爆破下裂纹分区 Fig.7    Crack partition under ordinary charge blasting Upper part Lower part Left Right D1 = 1.610 D2 = 1.499 D3 = 1.502 D4 = 1.651 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 lg δk lg Nδk 图 8    普通药包爆破下炮孔 II 区的分形维数 Fig.8    Fractal dimension of Area II under ordinary charge blasting 在岩石爆破损伤评价方面，由于地质条件的 复杂多变，相对应的岩石爆破损伤评价方法也多 种多样，尚未形成统一、较为精确和完善的爆破损 伤评价及控制方法. 鉴于岩体内部的裂隙、节理 对于波速的敏感性较高，因此可以采用超声波检 测的方法来描述分析岩体的损伤特性. 所测数据 为被选取两侧点之间的均值，但是岩石材料的内 部颗粒组成差异性较为明显，同时密度也存在较 大差异，因此测量精度并不是很高. 地质雷达的探 测精度及雷达图像的判释依据具有相对的局限 性，可靠性并不是很高，影响了地质雷达探测结果 的准确性和可靠性，并且部分操作较为困难，例如 在检测大断面空间保留岩体时明显困难；而在地 下空间规模较大的工程中，需要不间断地对损伤 区进行追踪检测，但是由于坡体结构等地质因素 的制约，检测难度非常大，人力物力资源耗费严 重. 因此对于岩石的爆破损伤评价仍需进行大量 的工作来深入研究. 2.4    岩石、混凝土疲劳 在爆破振动方面，采用现场测试的方法对岩 石巷道爆破近区的振动进行测试，随着掘进工作 面的推进，得出了爆破振动沿巷道侧壁的传播衰 减规律；基于超声波测试技术手段，通过对巷道侧 壁的损伤规律进行分析，揭示了爆破振动下岩体 的损伤累积规律[25] . 在循环载荷方面，岩石材料在循环荷载的作 用下，岩石的强度明显和常规条件下的强度和变 形规律不同，强度明显降低，破坏强度峰值明显低 于常规实验条件下的破坏强度峰值. 在变形方面 则表现为记忆性，破坏点的位置受到常规应力−应 · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期