岩石爆破作用原理101页PPT

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二、液压凿岩机
液压凿岩机是一种以液压为动力的新型凿岩机。由于油压比压气压力大得多，通 常都在10 MPa以上，并有粘滞性、几乎不能被压缩也不能膨胀做功，以及油可以循环 使用等特点，因而使液压凿岩机的构造与压气凿岩机的基本部分既相似又有许多不同 之处。液压凿岩机也是由油缸冲击机构、转钎机构和排粉系统所组成。
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（一）钎头
钎头形状
钎头结构参数
1、刃角；2、隙角；3、钎刃、 4、钎头直径；5、排粉沟。
钎头材料
原来用40号、45号钢，现凿岩机钎头通常使用的硬质合金牌号（牌号表示 硬质合金的成分和性能）为YG8C，YG10C、YG11C、YGl5X。Y表示硬质合金 ，G表示钴，其后数字表示含钻的百分数，C表示粗晶粒合金，X表示细晶粒 合金。
钎尾是承受和传递能量的部位。其长度和断面尺寸应与配套的凿岩 机转动套相适应。气腿式凿岩机钎尾长108mm。 钎肩形状有两种 ，六角形钎杆用环形钎肩，圆钎杆用耳形钎肩，。向上式凿岩机用 的钎子没有钎肩，因机头内有限定钎尾长度的砧柱。
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四、电钻钻具
煤电钻的钻具如图由钻头1和麻花钻杆4组成。钻杆前部的方槽2和 尾孔3，是用来插入钻头的，钻头插入后，从尾孔3上的小圆孔中插入销 钉固定钻头。麻花钻杆尾部5车成圆柱形，用以插入电钻的套筒内。套筒 前端有两条斜槽，可以卡紧在麻花螺纹上．以传送回转力矩。
爆炸的分类：
▪ 物理爆炸（不发生化学变化 ） ▪ 核爆炸 （核裂变或核聚变 ） ▪ 化学爆炸（有新的物质生成 ）
2
炸药爆炸的三要素
1
2
3
反应的放热性
反应过程的高速度
反应中生成大量气 体产物
炸药爆炸必须的能 源
爆炸反应区别一般 化学反应的重要标 志

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3 爆破破岩机理
图3-32中的药包布置在断层的破碎带中。当断 层内的破碎物胶结不好时，爆炸气体将从断层破碎 带冲出，造成冲炮并使爆破漏斗变小。图3-33中的 药包位于断层的下面。爆破后，爆区上部断层上盘 的岩体将失去支撑，在重力的作用下顺断层面下滑， 从而使爆破方量增大，甚至造成原设计爆破影响范 围之外的建筑物损坏。
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3 爆破破岩机理
6.2.2爆破漏斗
当单个药包在岩体中的埋置深度不大时，可以观察 到自由面上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷现象。在自 由面上形成了一个倒圆锥形爆坑，这个坑称为爆破漏 斗。
（1）爆破漏斗几何要素
自由面（free face）是指被爆破的介质与空气接触的面，又叫 临空面,如图中AB面。 最小抵抗线W（minimum burden）是指药包中心距自由面的 最短距离。爆破时，最小抵抗线方向的岩石最容易破坏，它是 爆破作用和岩石抛掷的主导方向。
另外，工业炸药的密度也不能进行大幅 度的变动，例如当铵梯炸药的密度超过其极 限值后，就不能稳定爆轰。因此，根据爆破 对象的性质，合理选择炸药品种并采取适宜 的装药结构，从而提高炸药能量的有效利用， 是改善爆破效果的有效途径。
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3 爆破破岩机理
爆速是炸药本身影响其能量有效利用的一 个重要性能指标。不同爆速的炸药，在岩 体内爆炸激起的冲击波和应力波的参数不 同，从而对岩石爆破作用及其效果有着明 显的影响。
用
径向压缩引起的切向拉伸
爆破的内部作用
1—径向裂隙 2—环向裂隙
rc－药包半径；Rc－粉碎区半径；Rp－破裂区半径径向裂隙和环向裂隙的形成原理

f(n)具体的函数形式有多种，各派学者的观点不一，
我国工程界应用较为广泛的是前苏联学者鲍列斯阔夫
提出的经验公式：
f(n) = 0.4＋0.6n3 Qp= (0.4＋0.6n3)kbW3
适用于集中药包抛掷爆破装药量的计算
2019/12/18
第五章 岩石爆破理论
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上式计算加强抛掷爆破的装药量时，结 果与实际情况比较接近。但是，当最小抵抗
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第五章 岩石爆破理论
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第四节 装药量计算
目前，在岩土工程爆破中，精确计算装药量 (charge quantity)的问题尚未得到十分圆满的解决。工 程技术人员更多的是在各种经验公式的基础上，结 合实践经验确定装药量。其中，体积公式是装药量 计算中最为常用的一种经验公式。
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第五章 岩石爆破理论
主要内容
5.1 岩石爆破破坏基本理论
5.2 单个药包爆破作用
5.3 成组药包爆破时岩石破坏特征
5.4 装药量计算
5.5 影响爆破作用的主要因素
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第五章 岩石爆破理论
1
第一节 岩石爆破破坏基本理论
爆生气体膨胀作用理论
爆炸应力波反射拉抻 作用理论
药包爆炸时，产生大量的高温高压气体，这些爆 炸气体产物迅速膨胀并以极高的压力作用于药包周围 的岩壁上，形成压应力场。当岩石的抗拉强度低于压 应力在切向衍生的拉应力时，将产生径向裂隙。
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第五章 岩石爆破理论
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当单个药包在岩体中的埋置
外
部
深度不大时，可以观察到自由面
作
上出现了岩体开裂、鼓起或抛掷
用
现象。这种情况下的爆破作用叫

根据爆破需要，精确计算炸药用量，避免 因炸药过多或过少引起的安全事故。
设立安全警戒区
培训专业爆破人员
在爆破作业区域设立明显的警戒标志，禁 止非工作人员进入，确保人员安全。
对参与爆破作业的人员进行专业培训，确 保他们具备相应的技能和知识，能够安全 、有效地完成爆破任务。
岩土爆破对环境的影响
空气污染
爆破过程中会产生大量 粉尘和有害气体，对周
静态破碎技术是指利用静态力使岩石产生裂纹，再通过爆破剂使 裂纹扩展，从而达到破碎岩石的目的。
应用场景
适用于岩石的破碎和拆除，特别是对周围环境有严格要求的情况 。
技术特点
安全可靠、无噪声、无振动、无飞石，但施工周期长，需要使用 专门的静态破碎设备和药剂。
其他岩土爆破技术
定向爆破
利用炸药在特定方向上产生破碎力的技术，适用于大规模的岩石开 挖和拆除。
边空气造成污染。
噪音污染
爆破作业会产生巨大的 爆炸声，对周边居民和
动物造成噪音干扰。
振动影响
爆破产生的振动可能会 对周边建筑、道路、桥
梁等设施造成影响。
水体污染
爆破过程中产生的废水 可能对周边水体造成污
染。
岩土爆破的环保措施与标准
粉尘控制
采取喷雾、洒水等措施减少粉尘的产生和扩散，同时对产生的粉尘进 行清理和回收。
破裂扩展
破裂扩展是岩土爆破的重要过程， 它涉及到岩石和土壤的破裂和位移 。
能量转化
岩土爆破过程中，化学能转化为机 械能，导致岩石和土壤的破碎。
岩土爆破的化学原理
炸药反应
炸药在起爆后发生化学反应，产生大量的热能 和气体。
爆炸气体生成
炸药反应产生大量的气体，这些气体在封闭环 境中形成高压。

可持续发展要求
合理利用资源、降低能耗 、提高效率、推动技术创 新等
和减震降噪技术， 实现绿色施工
05
岩土爆破理论展望
岩土爆破理论研究前沿
数值模拟与物理模拟相结合
通过建立更精确的数值模型，结合物理实验，深入研究岩土爆破 过程中的力学行为和破坏机制。
智能爆破技术
岩土爆破的基本原理
01
炸药爆炸产生的高温高压气体使岩土介质破碎或松 动。
02
炸药爆炸产生的冲击波和爆炸气体在岩土中形成冲 击应力波和剪切波，使岩土介质产生破坏。
03
炸药爆炸产生的爆炸气体膨胀作用将破碎的岩土介 质抛出，形成爆破漏斗。
岩土爆破的历史与发展
01
19世纪中叶，炸药和爆破技术开始应用于采矿和隧道开挖领域 。
利用微震监测技术，实时监测爆破过 程中的振动和破坏情况，提高爆破效 果和安全性。
通过控制炸药爆炸的方向和能量分布 ，实现特定方向的岩土破碎和分离。
岩土爆破工程实践展望
1 2 3
复杂环境下的爆破工程
针对复杂地形、地貌、地质条件下的岩土爆破工 程，研究相应的技术和方法，提高工程安全性和 可靠性。
城市地下空间开发中的爆破工程
确保使用的爆破设备和工具符合安全标准， 并定期进行检查和维护。
应急预案
制定应急预案，以应对可能发生的意外情况 ，包括人员伤亡、设备损坏等。
岩土爆破效果评估
01
02
03
破碎效果评估
根据破碎后的岩土粒径分 布、破碎程度等指标，评 估爆破效果是否达到预期 要求。
经济效益评估
比较不同爆破方案的施工 成本、经济效益等指标， 选择最优方案。
根据岩土性质、爆破条件和爆破 要求，选择合适的炸药类型和规 格，以达到最佳的爆破效果。

• 也就是药包在自由面附近爆炸时，岩石是怎样破坏的。 又称自由面的破坏作用。
§5
岩石爆破基本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ理
• (1)反射拉应力波引起自由面岩石破坏(片落)
• 即由霍布金森效应引起的破坏。
• ①当入射压应力波传播到自由面时，一部分或全部反 射回来成为同传播方向正好相反的拉应力波，拉应力 超过岩石的抗拉强度时，发生片落现象。这种效应叫 做霍布金森(Hopkinson)效应。
下
§5
岩石爆破基本原理
σr σr
径向拉应力 岩石开裂 环向裂隙 返回
`
`
§5
岩石爆破基本原理
• ④产生剪切裂隙的原因
• 在径向裂隙和环向裂隙形成的同时,岩石还受到径向 应应力和切向应力的的共同作用,进而产生剪切裂隙。 如下图所示。
• 4. 岩石的分区 • 根据岩石的破坏特征，由内向外，可将岩石大致分为 三个区： • ① 压缩（粉碎）区（近区） • 形成的空腔称为压缩区。
§5
岩石爆破基本原理
• ②(8～150)r：应力波作用区;
• 特点：冲击波压应力波，波阵面上的状态参数变化 比较平缓；波速等于岩石中的声速。
• 由于压应力波的作用，岩石处于非弹性状态，可导致 岩石的破坏或残余变形。 • 应力衰减与距离二次方成正比。
爆炸应力波及其作用范围 r—药包半径 tH—介质状态变化的时间 ts—介质状态恢复到静止状态的时间
§5
岩石爆破基本原理
• 3.爆破漏斗的几何参数
θ
r
H h W
• (1)最小抵抗线W • (3)爆破作用半径R
•(4)爆破漏斗深度H •(6)爆破漏斗张开角θ
• (2)爆破漏斗底圆半径r •(5)爆破漏斗可见深度h •说明：(1)、(2)、(3)称为爆破漏斗三要素。

第四章
岩石爆破作用原理
在岩石的挖掘工程中，目前广泛利用炸药爆炸时所释放的能 量来破碎岩石。由于炸药在岩石中爆破时所释放的能量只有少 部分用于破碎岩石，而大部分能量都消耗在产生空气冲击波、 地震波、噪声和飞石等有害效应方面，炸药在岩石中爆破时的 能量利用率很低，大部分能量都浪费掉了。因此，提高炸药的 能量利用率并改善岩石的破碎效果，是工程爆破中最根本、最 重要的任务之一。为了达到这一目的，就必须搞清楚如下问题： 岩石的性质，地质条件；爆破器材的性能，炸药的爆轰机理及 其稳定爆轰；炸药在岩石中爆炸所释放的能量通过何种形式作 用于岩石；岩石在爆炸冲击能作用下处于何种应力状态；岩石 在此应力状态下如何产生变形和破坏，以及这种破坏和变形存 在什么规律等等。
3
V
r
3
2
W W
3
( n 1, r W )
， m3
（4-4）
因此，标准抛掷爆破的装药量为：
Q qW
3
, kg
（4-5）
根据相似定律，在保持岩石性质、炸药性质和药包埋置深度不 变的条件下，通过改变装药量就可以形成加强抛掷爆破漏斗或减 弱抛掷爆破漏斗。因而可以用以下公式来统一表示各种类型的抛 掷爆破装药量：
Q ( 0 . 33 ~ 0 . 55 ) qW
3
， kg
（4-8）
在确定以上各式中的q值时，应考虑以下几种情况： （1）查表、参考定额或有关资料的数据； （2）参照工程中爆破条件相似的实际单位炸药消耗量q值的 统计数据； （3）在需要进行爆破的岩石中作标准抛掷爆破漏斗试验。 在实际计算装药量时，应根据具体条件确定每一个药包所能 爆下的体积，分别求出每一个药包的装药量，然后进行累计， 最后得出总装药量。表4-2列出了爆破各种岩石的单位炸药消耗 量。

2 岩石爆破作用原理几种学说
一、爆轰气体压力作用学说( explosion gas failure theory)
这种学说从静力学观点出发，认为岩石破碎主 要是由爆轰气体（explosion gas）膨胀压力引起的。 其基本观点如下：
药包爆炸时，产生 高温、压气体。气体迅 速膨胀，以极高压力作 用于药包周围岩壁上， 形成径向压应力场、同 时衍生切向拉应力场。
爆破漏斗深度：爆破漏斗顶点至自由面 的最短距离叫爆破漏斗深度，用H表示。
爆破漏斗可见深度：碴堆表面最低点到 自由面最短距离，用h所示。
爆破漏斗张开角：爆破漏斗顶角，用θ 所示。
（二）爆破作用指数（crater index） 爆破漏斗半径与最小抵抗线比值称为爆破作用
指数，用n表示，即：
n r W
n在工程爆破中是一个极重要参数。 n值变 化，直接影响爆破漏斗大小、岩石破碎程度、抛 掷效果。
R0
R1
R2
爆破的内部作用 R0-药包半径；R1-粉碎区半径；R2-破裂区半径
粉碎区 密闭岩体中的药包爆炸时，爆轰压力在数微
秒内急剧增高到几万MPa，并在药包周围形成冲击 波，其强度》岩石动态抗压强度；
冲击波作用下，对坚硬岩石，形成粉碎区； 对松软岩石，则被压缩形成空腔，这种情况 下的粉碎区又称为压缩区。
由于岩石抗拉强度为抗压强度 1/10~1/50，当切向拉应力大于抗 拉强度时，岩石被拉断，形成贯 通粉碎区径向裂隙。
σr
σ
σ
θ
σr
θ
θ
σ
σ
(a)
θ
θ
θ
径向裂隙形成后，作用在岩石上
的压力下降，岩σ石r随即释放出压缩过 程中积蓄σ 弹性变形能σ ，形成与压应力

石方爆破的未来发展
随着科学技术的进步和工程需求的不断变化，石方爆破技术将不断发展。未 来可能涌现出更安全、更高效的爆破技术，以及更环保的工程施工方式。
石方爆破工程的应用领域
建筑工程
常用于建筑基础的地基开挖、岩石爆破等。
挖掘工程
包括隧道、矿山和探矿等领域。
采矿工程
用于露天矿山和地下矿山的岩石破碎。
石方爆破的基本原理
石方爆破的基本原理是在岩石中引入爆炸能量，通过内部能量释放来破坏分子结构，实现岩石的破碎或挖 掘。
1
能量引入
将炸药或其他爆炸性材料放置在岩石中。
《石方爆破简介》PPT课 件
石方爆破是一种常见的爆破技术，广泛应用于建筑、挖掘和采矿等领域。本 课件将介绍石方爆破的定义、应用领域、基本原理、工作步骤、安全措施、 环保问题以及未来发展。
石方爆破的定义
石方爆破是利用炸药或其他爆炸性材料对岩石进行爆破，以便实现岩石破碎 或挖掘的一种技术。通过爆炸将岩石分解成合适的大小，以满足建筑或挖掘 工程的需求。
清理和检查
清理爆破碎片和残留物，检查岩石破裂 情况。
石方爆破的安全措施
1 现场安全
确保爆破现场的安全，限制人员进入。
2 炸药存储
严格控制炸药存储和管理，防止事故发生。
3 引爆操作
由专业人员操作引爆装置，确保远程操作。
4 警告信号
破的环保问题
石方爆破可能会对环境产生一定的影响，包括噪音、空气污染和土壤侵蚀等。因此，应采取一系列的环保措施 来减少这些影响。
2
能量积聚
引爆炸药，使其释放大量的能量。
3
能量释放
能量释放导致岩石内部应力集中，从而导致岩石破裂。
石方爆破的工作步骤

爆破作业安全规范
爆破作业人员资质
爆破器材管理
爆破作业现场安全管理
爆破后检查与处理
爆破作业人员必须经过专业培 训，取得相应的资格证书后方 可上岗作业。
爆破器材的购买、运输、储存 和使用必须符合国家相关法律 法规的规定，严禁非法买卖、 转让、出借、私藏爆破器材。
爆破作业现场必须设置警戒线 ，标明安全区域和危险区域， 并配备专职安全管理人员进行 现场监督。同时，应制定应急 预案，以应对可能发生的突发 事件。
根据评估结果，制定相应的风 险控制措施，降低事故发生概 率。
应急预案制定及演练实施
针对可能发生的突发事件，制定 完善的应急预案。
应急预案应包括应急组织、通讯 联络、现场处置、医疗救护、安
全防护等内容。
定期组织应急演练，提高员工应 急处置能力和协同作战能力。
事故报告、调查和处理程序
01
发生事故后，应立即启 动事故报告程序，及时 向上级主管部门报告。
事故。
03 石方爆破作业流程与方法
作业前准备工作及现场勘察
爆破作业前准备
明确爆破任务和目标，制 定爆破方案，准备所需器 材和设备。
现场勘察内容
了解地形地貌、地质构造、 岩石性质及周边环境，评 估爆破作业的安全性和可 行性。
勘察方法
采用现场踏勘、地质勘探、 试验钻孔等方法，获取准 确的地质资料和岩石力学 参数。
导爆管
内壁涂有薄层炸药的塑料 管，用于传递爆轰波，起 爆雷管或非电导爆系统。
起爆器
提供起爆能量的装置， 如发爆器、起爆器等。
钻孔机械和装药设备简介
01
02
03
钻孔机械
包括潜孔钻、牙轮钻、凿 岩机等，用于在岩石上钻 孔，为装药提供空间。

1 (a)
2
(b)
(c)
(d)
图4-1 反射拉应力波破坏过程示意图 1-压应力波波头；2-反射拉应力波波头
三、应力波和爆轰气体压力共同作用学说
这种学说的基本观点如下：
爆轰波波阵面的压力和传播速度大大高于爆轰气体产物 的压力和传播速度。爆轰波首先作用于药包周围的岩壁上， 在岩石中激发形成冲击波并很快衰减为应力波。冲击波在药 包附近的岩石中产生“压碎”现象，应力波在压碎区域之外 产生径向裂隙。随后，爆轰气体产物继续压缩被冲击波压碎 的岩石，爆轰气体“楔入”在应力波作用下产生的裂隙中， 使之继续向前延伸和进一步张开。当爆轰气体的压力足够大 时，爆轰气体将推动破碎岩块作径向抛掷运动。
对于多排药包爆破，后排药包的n值应比前排药 包加大0.25，以克服前排药包爆破产生的阻力。但是 在任何情况下，对于抛掷和扬弃爆破n值都不应大于 3。因为当n＞3后，n值对爆破效果的影响就不大了。
爆破作用指数n
多数情况下松动爆破的爆破作用指数n＝ ＝Wr0， 所以就无法用n值表达爆破松动的情况。因此，在工程 中一般只是借用爆破作用指数函数f(n)的形式来计算松 动爆破的装药量。
二 应力波作用学说
这种学说的基本观点如下： 爆轰波冲击和压缩着药包周围的岩壁，在岩壁中激
发形成冲击波并很快衰减为应力波。此应力波在周围岩 体内形成裂隙的同时向前传播，当应力波传到自由面时， 产生反射拉应力波。当拉应力波的强度超过自由面处岩 石的动态抗拉强度时，从自由面开始向爆源方向产生拉 伸片裂破坏，直至拉伸波的强度低于岩石的动态抗拉强 度时停止。
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图4-16 堵塞对爆破作用的影响
1-有堵塞；2-无堵塞
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第六节 光面爆破和预裂爆破

谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
岩石爆破作用原理
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐ห้องสมุดไป่ตู้。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来

一、爆轰气体膨胀压力作用破坏论
这派观点是从静力学的观点出发，认为药包爆炸后， 产生大量高温高压的气体，这种气体膨胀时所产生 推力，作用在药包周围的岩壁上，引起岩石质点的 径向位移，由于作用力的不等引起的不同的径向位 移，导致在岩石中形成剪切应力，当这种剪切应力 超过岩石的极限抗剪强度时就会引起岩石的破裂， 当爆轰气体的膨胀推力足够大时，还会引起自由面 附近的岩石隆起、鼓开并沿径向方向推出，这派观 点完全否认冲击波的作用。
大量的调查统计发现，岩体爆破过程中80％以上的 破裂面是沿岩体中的各种原生结构面（节理、层理 等）产生，因而近年来在岩体爆破理论研究中又引 入了损伤力学方法，提出了岩体爆破机理的损伤力 学观点。
该观点视岩体裂隙为初始损伤，各种结构弱面和 微缺陷为潜在的损伤发展源，认为岩体破裂是损 伤积累所致。当岩体损伤变量达到某一临界值时， 岩体产生破裂。
三、冲击波和爆轰气体膨胀压力共同 作用的观点
这派观点认为爆破时岩石的破坏是冲击波 和爆轰气体膨胀压力共同作用的结果。
四、岩体爆破的损伤力学观点
长期以来，在岩体爆破机理研究中主要围绕爆破主 动力问题展开，对于岩体破坏准则仍沿用岩体静力 学方法，采用拉应力破坏理论、莫尔破坏理论等。 这种简化处理可用于解决不含地质结构面的岩石破 裂问题。
应力波按其传播的途径不同可以分为两大类：一类是在 岩体内部传播的，叫做体积波；一类是沿着岩体内、外 表面传播的叫做表面波。
体积波按波的传播方向和传播途中介质质点扰动 方向的关系又可分为纵波和横波两种。纵波又叫 压缩波，它的特点是波的传播方向和传播途中介 质质点的运动方向是一致的，这种波在传播过程 中会引起物体产生压缩和拉伸变形。横波又叫剪 切波，它的特点是波的传播方向和传播途中介质 质点的运动方向相垂直。在传播过程中它会引起 物体产生剪切变形。