切缝药包爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理研究

The project faces up to some complicated and unresolved problems of interaction between explosive stress wave of slotted cartridge and moving crack during directional fracture controlled blasting process. The propagation, superposition process and characteristics of explosion stress wave between both holes of slotted charge explosive stress wave diffraction and reflection process at moving crack, the mechanism of explosion stress wave and moving crack and the coalescence mechanism of blast-induced main cracks of slotted charge will be studied and analyzed through the methods of the new digital laser dynamic photoelasticity test system under explosive loading, the new digital laser dynamic caustics test system under explosive loading, the reflected digital dynamic moiré experimental system under explosive loading, the super-dynamic electrical measuring system, high-speed camera system and numerical simulation. Based on the experimental and numerical simulation results, the mathematical model will be established by explosive stress wave theory and the principle of fracture dynamics. The dynamic stress field at moving crack tip will be researched under expansion and shear wave and the relationship of stress intensity factor of the crack tip and crack velocity, incident angle of incidence will be analyzed. The research results will have important theoretical and practical significance for the optimization of blasting parameters, the blasting process improvements and the fracture dynamics theory development.

本项目针对切缝药包定向断裂控制爆破中爆炸应力波与运动裂纹相互作用产生的一些复杂、至今没有解决的问题，通过采用爆炸加载新型数字激光动光弹测试系统、爆炸加载新型数字激光动态焦散线测试系统、爆炸加载反射式数字动云纹实验系统、超动态电测系统、高速摄像系统以及数值模拟等方法，综合研究切缝药包孔间爆炸应力波的传播、叠加过程和特性，爆炸应力波在运动裂纹处的衍射和反射过程，爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理，以及切缝药包爆生主裂纹相互贯通机理；在实验、数值模拟的基础上，利用爆炸应力波理论和断裂动力学原理建立数学模型，分别研究膨胀波与剪切波作用下运动裂纹尖端动态应力场，分析裂纹运动速度、入射波入射角度对裂纹尖端应力强度因子的影响。研究结果将对于爆破参数优化的研究、爆破工艺的改进以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论和实际意义。

为了解决切缝药包定向断裂控制爆破中爆炸应力波与运动裂纹相互作用产生的一些复杂、至今没有解决的问题，通过采用爆炸加载新型数字激光动光弹测试系统、爆炸加载新型数字激光动态焦散线测试系统、超动态电测系统、高速摄像系统以及数值模拟等方法，研究切缝药包孔间爆炸应力波的传播、叠加过程和特性，爆炸应力波在运动裂纹处的衍射和反射过程，爆炸应力波与运动裂纹相互作用机理，以及切缝药包爆生主裂纹相互贯通机理，研究了膨胀波与剪切波作用下运动裂纹尖端动态应力场，分析裂纹运动速度、入射波入射角度对裂纹尖端应力强度因子的影响。研究结果得到：①发明了光弹模型材料制作方法，提高了实验质量，节省了实验成本。②获得了双炮孔同时起爆和微差起爆时孔间爆炸应力波相互作用及爆生裂纹的扩展和贯通机制。③提出并推导了爆炸应力波与运动裂纹相向作用时的裂纹尖端应力公式，揭示了爆炸膨胀波与运动裂纹相互作用机理。④研制了爆炸载荷下动态光弹性和动态焦散线同步测试系统，解决了爆生裂纹扩展全场和局部场同步测试的问题，克服了动态光弹性实验和动态焦散线实验方法自身的不足。⑤揭示了缺陷介质双孔定向断裂控制爆破裂纹扩展的动态行为。⑥推导了脆性材料I型断裂模式应变片测试的基本原理，对比分析了动态焦散线和应变片测试结果，得出电测结果的可靠性。⑦分析了切缝药包爆炸应力波传播机理及炮孔周边岩体损伤演化规律，得到了高应力条件下脆性材料爆生裂纹起裂、扩展及止裂机理。研究结果对于定向断裂控制爆破参数优化的研究、爆破工艺的改进以及断裂动力学理论的发展等都具有重要的理论意义和实际价值。