工程科学学报，第38卷，第1期：19-25,2016年1月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.1:19-25,January 2016 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2016.01.003;http://journals..ustb.edu.cn 不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 魏晨慧，朱万成四，白羽，龙坤 东北大学资源与土木工程学院，沈阳110819 ☒通信作者，E-mail:zhuwancheng(@mail.neu.edu.cn 摘要将爆破损伤视为爆破应力波和爆生气体压力共同作用的结果，分别考虑不同的地应力条件（侧压力系数0.5、1和2， 竖直方向地应力5MPa和10MP)和节理角度(30°、45°、60°和90)，开展含节理岩体双孔操破过程的数值模拟，研究爆生裂 纹萌生一扩展一贯通过程的演化规律.无节理时，初始应力场对爆生裂纹的扩展具有一定的导向作用，裂纹扩展主方向趋于 最大地应力方向.节理对裂纹的扩展方向具有一定的影响，节理角度为30°时，爆生裂纹与节理面连通，形成典型的“之”字形 断裂.节理对裂纹萌生和扩展具有明显的促进作用，有利于孔壁上下侧裂纹沿竖直方向的扩展. 关键词含节理岩体：爆破：地应力：裂纹：数值模拟 分类号TD235 Numerical simulation of jointed rock mass blasting under different in-situ stress conditions WEI Chen-hui,ZHU Wan-cheng,BAI Yu,LONG Kun School of Resource and Civil Engineering,Northeastern University,Shenyang 110819,China Corresponding author,E-mail:zhuwancheng@mail.neu.edu.cn ABSTRACT Two-hole blasting of jointed rock mass under different in-situ stress conditions (lateral pressure coefficient:0.5,1 and 2;vertical stress:5 MPa and10MPa）and joint angles(30°，45°，60°and90）was numerically simulated to study the process of crack initiation,propagation and coalescence.In the simulation,rock damage was induced by stress waves and explosion gas pres- sure.Simulation results indicate that for rock without a joint,the initial stress field has a guide role on crack propagation,and the crack propagation direction coincides with the maximum compressive principal stress.However,the existing joint has effect on the crack propagation direction.When the joint angle is 309,the blasting induced crack connects with the joint and forms a "z"shape. The existing joint would play a positive role in promoting crack initiation and propagation and favor crack propagation along the vertical direction. KEY WORDS jointed rock mass:blasting;in-situ stresses:cracks:numerical simulation 在爆破设计和理论研究中通常将岩石视为均质 爆破应力波的传播，使其能量大幅衰减.节理对光面 体，而实际天然岩体通常都含有不同尺度的层理、节理爆破效果的影响则主要与节理角度有关).肖同社 等不连续面，岩体的力学特性在不同方向不同部位存 等a使用含节理有机玻璃(PMMA)模型的爆破试验表 在差异，使得岩石的爆破破碎研究更加复杂，同时为采 明，当初始裂纹方向与节理面夹角为30°时，裂纹没有 用合理爆破参数、优化爆破方案、改善爆破效果带来困 穿过节理面继续向前扩展，而在节理一侧产生一条次 难·☒.节理对爆破应力波的影响主要体现在阻隔了 生裂纹.Singh和Sastry切的试验结果表明，爆破的平 收稿日期：2015-07-10 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51304037,51374049,51525402)：中国博士后科学基金资助项目(2013M541238):中央高校基本科研 业务费资助项目(N140104007,N140105001)工程科学学报，第 38 卷，第 1 期: 19--25，2016 年 1 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 1: 19--25，January 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 01． 003; http: / /journals． ustb． edu． cn 不同地应力条件下含节理岩体爆破的数值模拟 魏晨慧，朱万成，白 羽，龙 坤 东北大学资源与土木工程学院，沈阳 110819  通信作者，E-mail: zhuwancheng@ mail． neu． edu． cn 摘 要 将爆破损伤视为爆破应力波和爆生气体压力共同作用的结果，分别考虑不同的地应力条件( 侧压力系数 0. 5、1 和 2， 竖直方向地应力 5 MPa 和 10 MPa) 和节理角度( 30°、45°、60°和 90°) ，开展含节理岩体双孔爆破过程的数值模拟，研究爆生裂 纹萌生—扩展—贯通过程的演化规律． 无节理时，初始应力场对爆生裂纹的扩展具有一定的导向作用，裂纹扩展主方向趋于 最大地应力方向． 节理对裂纹的扩展方向具有一定的影响，节理角度为 30°时，爆生裂纹与节理面连通，形成典型的“之”字形 断裂． 节理对裂纹萌生和扩展具有明显的促进作用，有利于孔壁上下侧裂纹沿竖直方向的扩展． 关键词 含节理岩体; 爆破; 地应力; 裂纹; 数值模拟 分类号 TD235 Numerical simulation of jointed rock mass blasting under different in-situ stress conditions WEI Chen-hui，ZHU Wan-cheng ，BAI Yu，LONG Kun School of Ｒesource and Civil Engineering，Northeastern University，Shenyang 110819，China  Corresponding author，E-mail: zhuwancheng@ mail． neu． edu． cn ABSTＲACT Two-hole blasting of jointed rock mass under different in-situ stress conditions ( lateral pressure coefficient: 0. 5，1 and 2; vertical stress: 5 MPa and 10 MPa) and joint angles ( 30°，45°，60° and 90°) was numerically simulated to study the process of crack initiation，propagation and coalescence． In the simulation，rock damage was induced by stress waves and explosion gas pres￾sure． Simulation results indicate that for rock without a joint，the initial stress field has a guide role on crack propagation，and the crack propagation direction coincides with the maximum compressive principal stress． However，the existing joint has effect on the crack propagation direction． When the joint angle is 30°，the blasting induced crack connects with the joint and forms a“z”shape． The existing joint would play a positive role in promoting crack initiation and propagation and favor crack propagation along the vertical direction． KEY WOＲDS jointed rock mass; blasting; in-situ stresses; cracks; numerical simulation 收稿日期: 2015--07--10 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( 51304037，51374049，51525402) ; 中国博士后科学基金资助项目( 2013M541238) ; 中央高校基本科研 业务费资助项目( N140104007，N140105001) 在爆破设计和理论研究中通常将岩石视为均质 体，而实际天然岩体通常都含有不同尺度的层理、节理 等不连续面，岩体的力学特性在不同方向不同部位存 在差异，使得岩石的爆破破碎研究更加复杂，同时为采 用合理爆破参数、优化爆破方案、改善爆破效果带来困 难［1--2］． 节理对爆破应力波的影响主要体现在阻隔了 爆破应力波的传播，使其能量大幅衰减． 节理对光面 爆破效果的影响则主要与节理角度有关［3--5］． 肖同社 等［6］使用含节理有机玻璃( PMMA) 模型的爆破试验表 明，当初始裂纹方向与节理面夹角为 30°时，裂纹没有 穿过节理面继续向前扩展，而在节理一侧产生一条次 生裂纹． Singh 和 Sastry［7］的试验结果表明，爆破的平