Vol.28 No.4 璩世杰等：一种基于加权聚类分析的岩体可爆性分级方法 ·325· 样本的亲疏关系可由距离系数D来衡量： 因此反映岩体地质结构构造发育程度的某种参 D=[(x1i-x2+(x2-x22+…(3) 数，将是对岩体可爆性进行准确评价的一个必不 十(xm-x)乃v2,l≤i长m,1≤≤n 可少的重要指标 D越小，表示i样本与j样本越相似. 3岩石的力学特性参数测试与结果 2岩体可爆性影响因素基本分析 3.1静载强度测试与结果 2.1岩石的力学性质 静载测试工作的内容包括单轴压缩试验和巴 岩体爆破实质上是一个力学作用过程以及与 西劈裂法抗拉试验.测试工作依照我国水电部颁 《水利水电工程岩石试验规程(81)》进行.单轴压 这种作用同时发生的能量转换过程.炸药的爆炸 在药包周围岩体中产生一个动态应力场，应力的 缩试验的试件规格为50mm×100mm,测试内容 幅值随时间和空间位置而发生变化.当应力值达 包括单轴抗压强度σ。弹性模量E和泊松比“， 到岩石的强度时，就会吲引起岩石的破坏，同时消耗 测试仪器设备主要包括YTD一200型电子式压力 试验机，1MN压力传感器，7V07型程控记录仪. 炸药爆炸产生的一部分能量，并导致岩体中应力 的下降.但是，究竞采用岩石的哪种强度指标衡 巴西劈裂法抗拉试验的试件规格为50mm×25 量岩石的可爆性更为合理和有效，尚无定论.在 mm,测试内容包括岩石巴西劈裂法静载抗拉强 度，测试仪器设备主要包括WE一10型液压试验 迄今的岩石可爆性分级方法研究中，大多采用了 岩石的某种静载强度19，少数采用岩石的弹性 机.测试结果数据见表1. 模量与泊松比习.但是，大量实验室测试的结果 表1岩石静载单轴压缩和巴西劈裂法静载抗拉测试试验结果 表明，岩石的力学特性参数值的大小与加载速率 Table I Test results of uiaxial compression and Brazil tension 密切相关，岩石的动载强度明显高于其静载强度. 单轴抗压 弹性 抗拉 因此，基于爆炸载荷是动载荷的认识，也有研究者 岩石 泊松比， 序号 强度， 模量 强度， 名称 提出以岩石的动载特性参数作为评价岩石可爆性 6/M Pa E/GPa G/MPa 的重要指标可. 1 片麻岩 12004 55.30 0264 1498 2.2岩石密度（或容重）和动力学性质 2 角闪岩 153.06 5209 0182 21.04 在爆炸应力能够克服岩体内部阻力的条件 3 花岗岩1 7839 35.37 0331 13.14 下，如仍能克服岩体的惯性力，则炸药爆炸产生的 辉绿岩 69.58 7318 0264 17.49 部分能量将转化为岩块的动能使岩石产生位移 混合岩1 6057 4231 0350 11.13 甚至抛掷运动.因此，衡量岩体爆破的难易程度， 6 花岗岩2 10605 4042 0165 1046 也需要包括岩石的密度或容重这一物理指标. 石英岩 2266 65.31 0132 15.90 从爆炸应力波破岩理论出发，不少研究者提 伟品岩 95.46 3806 0222 7.69 出了以岩石或岩体的声波传播速度或波阻抗（密 度与纵波传播速度的乘积)这种动力学性质反映 9 片岩 12483 6228 0276 1467 岩石或岩体可爆性的观点，并认为波速和波阻抗 10 Fe2PL 18605 7414 0183 17.25 值越高，表明岩体的完整性越好，越难爆破2. 11 FePL 16878 6064 0130 17.25 2.3岩体的地质结构构造及其发育程度 12 FePu 25040 111.46 0242 1873 在绝大多数的爆破工程实践中，岩体是岩块 13 混合岩2 6820 27.82 0167 1034 的集合体，岩块间程度不同的存在着节理裂隙等 14 FePu 19356 5634 0181 1630 各种地质结构面爆破破碎效果与天然岩体中结 构的大小与尺寸具有相关性到.在此种条件下， 3.2岩石试件容重与纵波波速及岩体纵波波速 爆破的重要作用在于使天然岩块沿结构面破裂 测试与结果 从而在一定程度上使天然岩块产生破裂而成更小 岩石容重与纵波波速测试工作依照我国水电 的岩块.这表明岩体的地质结构构造越发育，即 部颁水利水电工程岩石试验规程(81)》进行，试 爆破前岩体越破碎，为达到预期的爆破破碎效果 件规格为50mm×100mm.波速测试仪器为NM- 所需要的能量就越少，亦即岩体的可爆性越好. 44超声测试仪.测试结果见表2.样本的亲疏关系可由距离系数 Dij来衡量 : Dij =[ ( x 1i -x1 j) 2 +( x 2i -x 2j) 2 +… +( x mi -x mj) 2 ] 1/ 2 , 1 ≤i ≤m , 1 ≤j ≤n ( 3) Dij越小, 表示 i 样本与j 样本越相似. 2 岩体可爆性影响因素基本分析 2.1 岩石的力学性质 岩体爆破实质上是一个力学作用过程以及与 这种作用同时发生的能量转换过程.炸药的爆炸 在药包周围岩体中产生一个动态应力场, 应力的 幅值随时间和空间位置而发生变化.当应力值达 到岩石的强度时, 就会引起岩石的破坏, 同时消耗 炸药爆炸产生的一部分能量, 并导致岩体中应力 的下降.但是, 究竟采用岩石的哪种强度指标衡 量岩石的可爆性更为合理和有效, 尚无定论 .在 迄今的岩石可爆性分级方法研究中, 大多采用了 岩石的某种静载强度 [ 1 6] , 少数采用岩石的弹性 模量与泊松比[ 5] .但是, 大量实验室测试的结果 表明, 岩石的力学特性参数值的大小与加载速率 密切相关, 岩石的动载强度明显高于其静载强度. 因此, 基于爆炸载荷是动载荷的认识, 也有研究者 提出以岩石的动载特性参数作为评价岩石可爆性 的重要指标[ 6] . 2.2 岩石密度(或容重) 和动力学性质 在爆炸应力能够克服岩体内部阻力的条件 下, 如仍能克服岩体的惯性力, 则炸药爆炸产生的 部分能量将转化为岩块的动能, 使岩石产生位移 甚至抛掷运动 .因此, 衡量岩体爆破的难易程度, 也需要包括岩石的密度或容重这一物理指标 . 从爆炸应力波破岩理论出发, 不少研究者提 出了以岩石或岩体的声波传播速度或波阻抗(密 度与纵波传播速度的乘积)这种动力学性质反映 岩石或岩体可爆性的观点, 并认为波速和波阻抗 值越高, 表明岩体的完整性越好, 越难爆破[ 2 4] . 2.3 岩体的地质结构构造及其发育程度 在绝大多数的爆破工程实践中, 岩体是岩块 的集合体, 岩块间程度不同的存在着节理裂隙等 各种地质结构面, 爆破破碎效果与天然岩体中结 构的大小与尺寸具有相关性[ 3] .在此种条件下, 爆破的重要作用在于使天然岩块沿结构面破裂, 从而在一定程度上使天然岩块产生破裂而成更小 的岩块.这表明岩体的地质结构构造越发育, 即 爆破前岩体越破碎, 为达到预期的爆破破碎效果 所需要的能量就越少, 亦即岩体的可爆性越好. 因此, 反映岩体地质结构构造发育程度的某种参 数, 将是对岩体可爆性进行准确评价的一个必不 可少的重要指标. 3 岩石的力学特性参数测试与结果 3.1 静载强度测试与结果 静载测试工作的内容包括单轴压缩试验和巴 西劈裂法抗拉试验.测试工作依照我国水电部颁 《水利水电工程岩石试验规程( 81) 》进行 .单轴压 缩试验的试件规格为 50 mm ×100mm, 测试内容 包括单轴抗压强度 σc, 弹性模量 E 和泊松比 μ, 测试仪器设备主要包括 YTD-200 型电子式压力 试验机, 1 MN 压力传感器, 7V07 型程控记录仪. 巴西劈裂法抗拉试验的试件规格为 50 mm ×25 mm, 测试内容包括岩石巴西劈裂法静载抗拉强 度, 测试仪器设备主要包括 WE-10 型液压试验 机.测试结果数据见表 1 . 表 1 岩石静载单轴压缩和巴西劈裂法静载抗拉测试试验结果 Table 1 Test results of uni-axial compression and Brazil tension 序号 岩石 名称 单轴抗压 强度, σ/M Pa 弹性 模量, E/ GPa 泊松比, μ 抗拉 强度, σt / MPa 1 片麻岩 120.04 55.30 0.264 14.98 2 角闪岩 153.06 52.09 0.182 21.04 3 花岗岩 1 78.39 35.37 0.331 13.14 4 辉绿岩 69.58 73.18 0.264 17.49 5 混合岩 1 60.57 42.31 0.350 11.13 6 花岗岩 2 106.05 40.42 0.165 10.46 7 石英岩 226.76 65.31 0.132 15.90 8 伟晶岩 95.46 38.06 0.222 7.69 9 片岩 124.83 62.28 0.276 14.67 10 Fe2PL 186.05 74.14 0.183 17.25 11 Fe3PL 168.78 60.64 0.130 17.25 12 FelPu 250.40 111.46 0.242 18.73 13 混合岩 2 68.20 27.82 0.167 10.34 14 Fe2Pu 193.56 56.34 0.181 16.30 3.2 岩石试件容重与纵波波速及岩体纵波波速 测试与结果 岩石容重与纵波波速测试工作依照我国水电 部颁《水利水电工程岩石试验规程( 81) 》进行, 试 件规格为 50 mm ×100mm .波速测试仪器为NM- 4A 超声测试仪.测试结果见表 2 . Vol.28 No.4 璩世杰等:一种基于加权聚类分析的岩体可爆性分级方法 · 325 ·