魏晨慧等：不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 ·23 Step 25 Step 50 Step 60 Step 80 Step 100 (a无节理 30 (c)45° d60 (c)90 图5侧压力系数A=2(c,=5MPa,ou=I0MP)时含节理岩体爆生裂纹演化过程 Fig.5 Evolution of blasting induced cracks in jointed rock with the lateral pressure coefficientA of2(=5 MPa,=10 MPa) 部方向扩展(Step80),而背离节理面一侧的裂纹则没 图7进一步给出前面各计算工况条件下最终形成 有得到充分扩展. 的爆破损伤区（裂纹区）面积.其中竖直方向地应力 进一步对比图5中不同节理角度时爆生裂纹的演 o,分别设置为5MPa和l0MPa,侧压力系数A分别设 化过程可以看出：无节理时，裂纹扩展主方向趋于水平 置为0.5、1和2，节理角度分别设置为30°、45°、60°和 方向，与最大地应力方向一致：与无节理相比，当节理 90°，节理角度0时表示无节理.由图7可以看出：(1) 角度为30°、45°、60°和90°时，节理对爆生裂纹的扩展 相同侧压力系数，相同节理角度时，爆破损伤区面积随 具有明显的导向作用，促进了竖直方向裂纹的扩展 埋深增大而减小：(2)含节理岩体爆破损伤区面积大 2.4埋深条件对岩石爆破效果的影响 于无节理岩体：(3)侧压力系数入等于0.5和1时，爆 图3~图5中竖直方向地应力o=5MPa,对应埋 破损伤区面积随节理角度增大而减小，节理角度为 深约为200m.如果保持侧压力系数λ不变而增大埋 30°时损伤区面积最大：(4)侧压力系数入等于2时， 深，爆破效果又会有所不同.图6所示即为σ，= 爆破损伤区面积与节理角度之间的规律性较差，分析 10MPa(对应埋深约为400m),侧压力系数入=0.5、1 其机理认为在该计算工况条件下，由于地应力较大，爆 和2时最终形成的爆生裂纹分布图.对比图6与 破应力和地应力的共同作用会导致节理周边产生损 图3~图5可以看出：如果侧压力系数入保持不变，竖 伤，而其他工况条件主要是在爆破孔周边产生损伤 直方向地应力由5MPa增大至10MPa,裂纹演化规律 3结论 和最终分布形态基本一致，但裂纹长度和裂纹区面积 都有所减小.显然，随着埋深增加和地应力增大，裂纹 本文针对不同地应力条件下含节理岩体爆破过程 的萌生与扩展受到了更大的抑制.该结论也与杨建华 开展了数值模拟，得到以下主要结论： 等的研究结果相吻合. (1)相同侧压力系数，相同节理角度时，爆破损伤魏晨慧等: 不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 图 5 侧压力系数 λ = 2 ( σby = 5 MPa，σbx = 10 MPa) 时含节理岩体爆生裂纹演化过程 Fig． 5 Evolution of blasting induced cracks in jointed rock with the lateral pressure coefficient λ of 2 ( σby = 5 MPa，σbx = 10 MPa) 部方向扩展( Step 80) ，而背离节理面一侧的裂纹则没 有得到充分扩展． 进一步对比图 5 中不同节理角度时爆生裂纹的演 化过程可以看出: 无节理时，裂纹扩展主方向趋于水平 方向，与最大地应力方向一致; 与无节理相比，当节理 角度为 30°、45°、60°和 90°时，节理对爆生裂纹的扩展 具有明显的导向作用，促进了竖直方向裂纹的扩展． 2. 4 埋深条件对岩石爆破效果的影响 图 3 ～ 图 5 中竖直方向地应力 σby = 5 MPa，对应埋 深约为 200 m． 如果保持侧压力系数 λ 不变而增大埋 深，爆 破 效 果 又 会 有 所 不 同． 图 6 所 示 即 为 σby = 10 MPa ( 对应埋深约为 400 m) ，侧压力系数 λ = 0. 5、1 和 2 时 最 终 形 成 的 爆 生 裂 纹 分 布 图． 对 比 图 6 与 图 3 ～ 图 5 可以看出: 如果侧压力系数 λ 保持不变，竖 直方向地应力由 5 MPa 增大至 10 MPa，裂纹演化规律 和最终分布形态基本一致，但裂纹长度和裂纹区面积 都有所减小． 显然，随着埋深增加和地应力增大，裂纹 的萌生与扩展受到了更大的抑制． 该结论也与杨建华 等［14］的研究结果相吻合． 图 7 进一步给出前面各计算工况条件下最终形成 的爆破损伤区( 裂纹区) 面积． 其中竖直方向地应力 σby分别设置为 5 MPa 和 10 MPa，侧压力系数 λ 分别设 置为 0. 5、1 和 2，节理角度分别设置为 30°、45°、60°和 90°，节理角度 0°时表示无节理． 由图 7 可以看出: ( 1) 相同侧压力系数，相同节理角度时，爆破损伤区面积随 埋深增大而减小; ( 2) 含节理岩体爆破损伤区面积大 于无节理岩体; ( 3) 侧压力系数 λ 等于 0. 5 和 1 时，爆 破损伤区面积随节理角度增大而减小，节理角度为 30°时损伤区面积最大; ( 4) 侧压力系数 λ 等于 2 时， 爆破损伤区面积与节理角度之间的规律性较差，分析 其机理认为在该计算工况条件下，由于地应力较大，爆 破应力和地应力的共同作用会导致节理周边产生损 伤，而其他工况条件主要是在爆破孔周边产生损伤． 3 结论 本文针对不同地应力条件下含节理岩体爆破过程 开展了数值模拟，得到以下主要结论: ( 1) 相同侧压力系数，相同节理角度时，爆破损伤 · 32 ·