岩石爆破动力作用机理与响应特征 [Dynamic Action Mecnanism and Response Characteristics of Rock Blasting] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周传波，蒋楠，夏开文，罗学东，路世伟 等 著

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• 岩石爆破
• 爆破动力学
• 岩石力学
• 工程爆破
• 冲击载荷
• 数值模拟
• 爆破振动
• 安全爆破
• 矿山工程
• 土木工程

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030505224

版次：1

商品编码：12076676

包装：平装

外文名称：Dynamic Action Mecnanism and Response Characteristics of Rock Blasting

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：214

字数

内容简介

　　岩石爆破作用机理及动力响应特征等相关问题一直是工程爆破领域重点关注而又悬而未决的关键科学问题，也是爆破工程安全高效施工的理论依据。《岩石爆破动力作用机理与响应特征》依托矿山开采和市政、交通等工程背景，采用现场测试、试验及理论分析与数值模拟相结合的研究方法，从微观分析、宏观表征两个层面，对岩石爆破爆源近区或中远区的动力作用机理与响应特征进行了系统研究，不仅为岩石爆破动力理论研究方法提供了新思路，而且为岩石爆破工程技术应用提供了科学的依据。《岩石爆破动力作用机理与响应特征》主要包括多孔同段爆破漏斗形成机理、扇形中深孔采矿爆破动力特征与效应、VCR法采场大直径深孔爆破动力特征与效应、开挖爆破作用下既有隧道结构动力响应、下穿隧道开挖爆破作用下机场跑道动力响应、露天转地下开采边坡爆破动力响应等六方面内容。
　　《岩石爆破动力作用机理与响应特征》可供矿山、市政、交通、水利水电、人防、国防等系统的广大科技工作者、工程技术人员、高等院校教师、研究生和高年级本科生参考使用。

内页插图

目录

前言
Preface

第1章 多孔同段爆破漏斗形成机理
1．1 引言
1．2 研究区段工程地质条件
1．3 数值建模
1．4 计算结果及分析
1．5 现场试验验证
1．6 本章小结

第2章 扇形中深孔采矿爆破动力特征与效应
2．1 引言
2．2 狮子山矿体地下开采工程地质条件
2．3 中深孔爆破振动损伤特征
2．3．1 中深孔爆破振动测试与分析
2．3．2 基于岩体声波速度变化原理的围岩累积损伤分析
2．3．3 基于动态应力比原理的围岩损伤程度判定
2．3．4 爆破振动累积损伤效应数值模拟分析
2．4 中深孔爆破应力波传播特征
2．4．1 中深孔爆破应力波传播规律数值模拟
2．4．2 中深孔爆破应力波传播特征计算分析
2．4．3 两种不同方法计算结果的对比分析
2．5 不同崩矿排距中深孔爆破破岩效果
2．5．1 1．4m排距中深孔爆破破岩效果分析
2．5．2 1．6m排距中深孔爆破破岩效果分析
2．5．3 1．8m排距中深孔爆破破岩效果分析
2．5．4 三种排距爆破破岩效果对比分析
2．6 中深孔爆破空气冲击波传播规律与效应
2．6．1 炸药爆炸空气冲击波强度计算模型
2．6．2 开放半无限空间与巷道中的空气冲击波强度对比分析
2．6．3 巷道中爆破冲击波传播规律数值模拟
2．6．4 两种不同方法的巷道冲击波超压计算结果对比
2．6．5 中深孔爆破空气冲击波有害效应
2．7 本章小结

第3章 VCR法采场大直径深孔爆破动力特征与效应
3．1 引言
3．2 VCR法开采爆源近区爆破动力特性与效应
3．2．1 VCR法采矿爆破荷载计算分析
3．2．2 爆破荷载作用下的矿（岩）体损伤模型
3．2．3 围岩爆破损伤范围及其预测
3．3 VCR法爆破振动累积损伤效应
3．3．1 基本理论
3．3．2 VCR法采场爆破振动测试
3．3．3 基于单位等效面积法的爆破振动累积效应分析
3．4 本章小结

第4章 开挖爆破作用下既有隧道结构动力响应
4．1 引言
4．2 爆破试验及振动测试
4．2．1 试验方案与测点布置
4．2．2 爆破试验与测试结果分析
4．3 隧道结构动力响应特征数值模拟
4．3．1 计算模型
4．3．2 计算结果分析
4．4 隧道混凝土衬砌结构爆破振动安全判据
4．4．1 基于强度准则的爆破振动速度判据计算模型
4．4．2 衬砌混凝土结构极限强度计算分析
4．4．3 衬砌混凝土结构安全爆破振动速度计算分析
4．5 本章小结

第5章 下穿隧道开挖爆破作用下机场跑道的动力响应
5．1 引言
5．2 下穿隧道循环开挖爆破荷载特性分析
5．2．1 数值建模与计算参数
5．2．2 等效荷载特性计算分析
5．3 爆破作用下机场跑道动力响应特征
5．3．1 数值模型
5．3．2 爆炸应力波传播特征分析
5．3．3 爆破作用下机场跑道有效应力分析
5．3．4 爆破作用下机场跑道最大主应力分析
5．3．5 爆破作用下机场跑道质点振动速度分析
5．3．6 数值计算结果的验证分析
5．4 机场跑道爆破动力安全判据
5．4．1 P波自由表面反射原理
5．4．2 基于极限抗拉强度准则的爆破振动速度判据
5．4．3 基于数值计算的爆破振动速度安全判据
5．4．4 爆破振动速度安全判据对比分析
5．5 本章小结

第6章 露天转地下开采边坡爆破动力效应
6．1 引言
6．2 爆破振动速度高程效应
6．2．1 考虑高程影响的爆破振动速度预测模型
6．2．2 爆破振动高程效应数值模拟
6．2．3 不同坡度边坡的爆破振动速度预测模型对比
6．3 露天转地下开采爆破动力响应特征
6．3．1 中深孔爆破应力波荷载特性分析
6．3．2 中深孔爆破荷载等效性分析
6．3．3 爆破动力分析数值模型
6．3．4 边坡爆破动力响应机理数值模拟分析
6．4 边坡爆破振动速度安全阈值
6．4．1 边坡岩体动态力学参数
6．4．2 基于数值计算的边坡爆破振动速度安全阈值
6．4．3 基于应力波传播理论的爆破振动速度安全阈值
6．4．4 边坡爆破振动速度安全判据对比分析
6．5 本章小结
参考文献

前言/序言

　　岩石爆破作用机理及其动力响应等相关问题，一直是工程爆破领域重点关注而又悬而未决的关键科学问题，也是安全高效爆破工程技术实践的理论依据。爆破作为一种最广泛、有效的破岩（矿）手段，已在我国矿山、交通、水利水电、建筑与市政等行业的生产与建设中发挥了巨大作用，并取得了丰富的研究成果与宝贵的工程经验。但是，由于岩石爆破是一个高温、高压、瞬间完成的复杂过程，加之爆破介质——岩石的物理力学性质和结构特征的复杂性，迄今为止，岩石爆破相关理论研究仍然落后于爆破工程实践，现有的爆破设计与施工仍然依赖于经验或半经验的方法，缺乏科学、定量的理论依据，从而影响了爆破技术的应用效果，也制约了爆破技术的应用与发展。特别是近年来，我国矿山开采和基础设施建设发展快速，年炸药生产量达400多万吨，雷管20多亿发，无论是爆破规模还是爆破工程量均居世界首位，在这一应用背景下，进一步开展岩石爆破作用机理等相关爆破理论研究将具有更加重要的现实意义。
　　回顾岩石爆破理论的发展历程，可大致归纳为3个阶段：①1613年德国Mar-lin、Weigel等在Freisberg矿山将爆破应用于巷道掘进，就有了计算炸药量的方法，出现了早期岩石爆破理论；②从20世纪60年代日野熊雄提出岩石冲击波拉伸破坏理论和Longefors等提出爆炸气体膨胀破坏理论开始，到70年代Long提出爆破作用三个阶段止，历时十余年，基本确立了岩石爆破理论；③20世纪80年代至今，随着科学技术的发展，特别是计算机模拟技术在爆破领域的应用，岩石爆破理论发展到最新阶段。裂隙岩石介质爆破机理的产生、断裂力学与损伤力学等的引入及爆破计算机模拟技术应用等成为这一阶段的明显标志。
　　在上述理论研究与工程应用背景下，本书结合矿山开采爆破和工程建设中岩石开挖爆破工程实际，采用现场试验与测试、理论分析与数值模拟相结合的研究方法，从微观分析、宏观表征两个层面，对岩石爆破近区或中远区的动力作用机理及附近岩体（或构筑物）的动力响应特征进行了系统研究，不仅为岩石爆破理论研究提供了新思路，而且为岩石爆破工程技术应用提供了科学的依据。
　　本书主要包括多孔同段爆破漏斗形成机理，扇形中深孔采矿爆破动力特征与效应，VCR法采场大直径深孔爆破动力特征与效应，开挖爆破作用下既有隧道结构动力响应，下穿隧道开挖爆破作用下机场跑道动力响应，露天转地下开采边坡爆破动力响应等六方面内容，可供矿山、交通、水利水电、人防、国防等系统的广大科技工作者、工程技术人员及涉及爆破理论与技术应用领域的高等院校教师、研究生和高年级本科生参考使用。
　　由于作者水平有限，加之写作时间仓促，书中不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。

《岩石爆破动力作用机理与响应特征》是一本深入探讨岩石爆破过程中动力学行为及其对周围岩体影响的学术专著。本书旨在为岩石爆破工程、采矿工程、土木工程以及相关地质力学领域的研究人员、工程师和技术人员提供一个全面、系统的理论框架和实践指导。 本书首先系统阐述了爆破过程中能量释放、应力波传播的微观机理。通过详细的物理模型和数值模拟，揭示了炸药爆燃产生的瞬态高压冲击波如何在岩石介质中传播，以及其与岩石材料的相互作用。重点分析了应力波的产生机制、传播规律、衰减特性以及波形变化，包括一次波、二次波和反射波等，并探讨了这些动力学行为受岩石物理力学性质（如弹性模量、泊松比、密度、抗拉强度、抗压强度）、裂纹分布、岩体结构等因素的影响。 进而，本书深入剖析了爆破产生的动力荷载与岩体响应之间的复杂关系。详细介绍了爆破冲击波在岩体中引起的应力、应变以及位移响应。分析了爆破荷载的瞬态特性，如荷载幅值、持续时间和空间分布，以及这些特性如何影响岩体的动力响应。书中详细论述了应力波与已有裂纹的相互作用，包括裂纹的萌生、扩展、贯连，最终导致岩体破碎和破坏的过程。研究了不同爆破参数（如单位炸药量、孔径、孔距、装药密度、起爆顺序、抵抗线等）对动力响应的影响，并通过大量的实验数据和案例分析，验证了理论模型的有效性。 本书的一个重要贡献在于，它将理论研究与工程实践紧密结合。在理论层面，本书构建了一套严谨的动力学分析模型，并利用先进的数值计算方法（如有限元法、边界元法、离散单元法等）对爆破过程进行精细化模拟，能够预测爆破荷载的传播路径、应力集中区域以及岩体的破坏模式。在实践层面，本书提供了详细的爆破参数优化设计方法，旨在通过精确控制爆破动力作用，实现预期的开挖效果，同时最大程度地减小对围岩的破坏，提高工程的安全性和经济性。 本书还特别关注了爆破对不同类型岩体的响应差异。针对均质岩体、层状岩体、节理发育岩体、破碎岩体等不同地质条件下的爆破响应特征，进行了深入的分析和讨论。研究了岩体结构面（如层理面、节理、断层）对爆破应力波传播和岩体破碎的影响，以及如何根据岩体结构特征来设计和优化爆破方案。 此外，本书还对爆破振动、冲击波的二次效应（如地表沉降、建筑物损坏）以及环境保护等相关问题进行了探讨。通过对爆破振动传播规律和影响因素的研究，提出了降低爆破振动的控制技术和措施。 总而言之，《岩石爆破动力作用机理与响应特征》是一部内容详实、理论与实践并重的专业著作，对于理解岩石爆破的复杂过程、提高爆破工程的技术水平、保障工程安全和环境友好具有重要的理论和应用价值。本书为相关领域的专业人士提供了一个深入了解岩石爆破动力学行为的权威参考。

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这本书的封面设计就很有吸引力，采用了深邃的蓝色背景，上面点缀着一些细碎的岩石纹理，仿佛预示着书中所探讨的复杂地质世界。虽然我还没有来得及深入阅读，但仅仅是初步浏览了目录，就让我对这本书的深度和广度有了极高的期待。开篇的部分，作者似乎就已经在铺陈岩石爆破这一看似简单实则充满挑战的课题。我特别留意到关于“动力作用机理”这部分的章节安排，它似乎预示着作者将从最基础的物理原理出发，层层深入地剖析爆破过程中能量的传递、转化以及最终对岩石产生的复杂作用。我个人一直对这种从根本上解释事物运行规律的方法论非常着迷，因为它能够帮助我们理解表象之下的本质。而且，通常这类书籍在探讨机理时，都会涉及大量的公式推导和理论模型，我非常期待作者能够以清晰易懂的方式呈现这些内容，即使对于非专业背景的读者，也能有所领悟。在科技日益发展的今天，我们对工程爆破的应用范围越来越广，从隧道掘进到矿山开采，再到拆除工程，爆破技术都扮演着至关重要的角色。而要实现高效、安全、环保的爆破，深入理解其背后的动力学原理是必不可少的。这本书的名字本身就抓住了核心——“动力作用机理”，这不仅仅是一个技术问题，更是涉及物理学、材料科学、甚至地质学等多学科交叉的领域。我预感这本书会为我们揭示爆破过程中那些看不见的能量洪流如何与岩石发生互动，如何引发应力波的传播，如何导致岩石的破坏和变形。对于我这样对工程技术充满好奇心的人来说，这无疑是一次探索未知世界的绝佳机会。

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作为一名对工程地质学和岩石力学有一定了解的读者，我看到《岩石爆破动力作用机理与响应特征》这个书名时，立刻感受到了其学术深度和实践价值。爆破工程，看似简单粗暴，实则是一门极其精密的科学。其核心在于如何精准地控制能量的释放，并使其有效地作用于岩石，达到预期的破坏效果，同时将可能产生的负面影响降到最低。书中“动力作用机理”的部分，我推测会深入探讨炸药爆炸产生的瞬时高温高压气体如何形成冲击波，冲击波在岩石中的传播规律，以及能量如何通过应力波、热辐射、机械冲击等多种形式传递给岩石，最终导致其结构发生改变。这其中必然涉及到弹性力学、塑性力学、波动理论等多个物理学分支的知识。我尤其期待看到作者如何阐述不同类型炸药的能量释放特性，以及这些特性如何影响爆破过程中冲击波的幅值、频率和持续时间。同时，岩石本身作为一种非均匀、各向异性的介质，其微观结构、矿物成分、以及裂隙发育情况，都会对能量的吸收和传递产生显著影响。因此，对岩石“响应特征”的分析，必然需要结合岩石力学性质，如抗拉强度、抗压强度、弹性模量、泊松比等，来构建合理的力学模型。

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紧接着，“响应特征”这部分，在我看来，就是探讨“如果岩石遇到了这样的动力作用，它会有怎样的表现”。这涉及到岩石的破裂方式、破坏范围、以及可能产生的其他动力学效应，如振动、飞溅物等。我猜测书中会根据不同的岩石类型、不同的爆破参数（如炸药类型、装药密度、炮孔布置、起爆顺序等），来分析岩石的破坏模式。是沿着原有的节理面发生崩解，还是产生新的裂纹？裂纹的延伸方向和长度如何？这些都需要通过力学分析和数值模拟来预测。此外，爆破产生的自由表面效应、孔口效应等，也会影响岩石的响应。我非常期待书中能够提供一些清晰的图示和模型，来展示不同条件下岩石的破坏形态，以及如何通过调整爆破参数来控制这些响应特征，达到理想的爆破效果。

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我对这本书中关于“动力作用机理”的探讨充满期待。爆破，本质上是一个能量释放和转化的过程。炸药瞬间释放巨大的化学能，转化为热能和机械能，其中最主要的是形成高压冲击波。而这种冲击波如何与岩石这种复杂的、非线性的介质发生作用，是理解爆破效果的关键。我猜想书中会详细介绍冲击波的产生机制，包括爆轰波的形成、传播以及在自由表面和界面上的反射、折射等现象。同时，炸药的种类、装药密度、起爆方式等因素，如何影响冲击波的特性，例如幅值、持续时间、频谱特征等等，都将是“动力作用机理”的核心内容。我个人对数值模拟在这一领域的作用非常感兴趣，例如使用有限元方法（FEM）、光滑粒子动力学（SPDM）等技术来模拟爆破过程中冲击波的传播和岩石的响应。

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而“响应特征”的分析，则像是对“动力作用机理”的验证和延伸。一旦动力作用发生，岩石会以何种方式“回应”？是瞬间的脆性断裂，还是伴随着塑性变形？破坏的范围和形态如何？是否会产生次生裂纹？这些响应特征直接关系到爆破工程的成败。我期待书中能够提供一套系统性的方法来分析这些响应，包括但不限于冲击波到达岩石界面的反射与透射、应力集中效应、以及基于断裂力学的岩石破裂准则。并且，我希望书中能够给出具体的计算模型和图表，来展示不同岩石在不同爆破条件下的响应特征。比如，如何通过数值模拟来预测爆破产生的裂纹扩展路径，或者如何通过现场试验数据来校准这些模型。

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这本书的标题《岩石爆破动力作用机理与响应特征》给我一种既严谨又实用的感觉。它似乎触及了爆破工程中最核心、最根本的问题。从“动力作用机理”这个角度切入，我预感作者将不会停留在现象的描述，而是会深入到爆破过程中能量传递、转化以及岩石破裂的微观和宏观过程。这可能涉及到量子力学层面的能量释放，到宏观的冲击波在岩石中的传播和衰减。我尤其期待书中能够详细阐述不同炸药的爆轰动力学特性，以及它们在不同介质中产生冲击波的差异。例如，炸药的爆速、爆压，如何影响冲击波的幅值和传播特性。同时，岩石的内在属性，如孔隙度、密度、弹性模量、泊松比、单轴抗压强度、单轴抗拉强度等，将如何被这些动力作用所影响，进而导致岩石的破裂。

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而“响应特征”则更侧重于爆破结果的表征和预测。岩石在冲击波作用下的变形、破坏、甚至粉化，这些宏观和微观的现象，都属于响应的范畴。我希望书中能够详细阐述不同岩石在不同爆破条件下的响应差异。例如，岩石的应变率敏感性，即在高速应变下的力学行为与低速应变下的行为有何不同。还有，书中是否会介绍如何根据岩石的物理力学性质，如抗压强度、抗拉强度、内摩擦角、黏聚力等，来预测爆破后的破坏范围和形状？此外，爆破产生的次生效应，如飞石、振动、粉尘等，也属于响应特征的范畴，如何有效控制这些负面响应，将是工程实践中的重要课题。我期待本书能够提供相关的理论模型、计算方法以及实测数据，来帮助读者深入理解岩石爆破的复杂性。

评分☆☆☆☆☆

《岩石爆破动力作用机理与响应特征》这个书名，让我联想到一个复杂而迷人的科学问题：如何将瞬间释放的巨大能量，转化为对岩石结构精准的改造。书名中的“动力作用机理”，我理解为对爆破过程中能量是如何产生、如何传递、如何与岩石发生相互作用的深层揭示。这意味着作者不仅仅会讲述炸药爆炸会产生冲击波，更会深入分析冲击波的产生机制、其在岩石中的传播速度与衰减规律，以及能量在冲击波、热辐射、以及爆炸产物膨胀等多种形式下的耦合效应。我期待书中能够通过严谨的数学推导和物理模型，来解释这些过程。例如，关于冲击波在岩石介质中传播的动力学方程，以及不同岩石性质（如密度、弹性模量、泊松比）如何影响冲击波的衰减速度和应力幅值。

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我对书中关于“动力作用机理”的具体研究方法非常感兴趣。通常，这类研究会结合理论分析、数值模拟和现场试验。理论分析能够帮助我们建立基本的力学模型，理解爆破过程中能量传递和岩石破坏的宏观规律。而数值模拟，特别是有限元方法（FEM）或光滑粒子动力学（SPDM）等技术，能够让我们在计算机中模拟爆破过程，观察冲击波的传播路径、应力分布以及岩石的变形和破坏过程，这对于理解复杂地质条件下的爆破行为尤其重要。当然，最关键的还是现场试验。通过在实际工程中进行爆破试验，并利用各种传感器（如应力传感器、应变片、加速度计、高速摄像机等）采集数据，来验证理论模型和数值模拟的结果。我希望这本书能够详细介绍这些研究方法，并提供具体的计算公式、模型参数以及试验数据分析的案例。这样，不仅能够让读者深入理解爆破的机理，还能为今后的研究和工程实践提供指导。

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关于“响应特征”，这四个字也让我充满了遐想。一旦爆破的动力作用发生，岩石将如何“回应”？这其中的“响应”可能包含了很多方面的内容。例如，岩石在冲击波作用下的变形与破坏模式，是脆性断裂还是塑性流动？破坏的范围和形态如何？是否会产生二次裂纹？这些都是工程实践中需要精确掌握的参数。我猜想书中会详细介绍各种岩石类型，在不同爆破参数（如炸药类型、装药量、传爆网络设计等）下的响应差异。比如，面对坚硬致密的岩石，和松软疏松的岩石，爆破效果会截然不同，而这些差异的根源，很可能就隐藏在“响应特征”的分析之中。此外，我想书中还会涉及到爆破产生的振动、冲击波对周边环境的影响，这对于确保工程安全和减少环境扰动至关重要。例如，在城市环境或人口密集区域进行爆破作业时，控制振动和冲击波的传播范围是必须考虑的关键因素。这本书如果能够提供相关的理论模型和计算方法，来预测和评估这些响应特征，那将极大地提升工程的可控性和安全性。我期待作者能够将理论分析与实际案例相结合，让我们看到这些复杂的动力学原理是如何在工程实践中发挥作用的，以及如何通过理解和控制“响应特征”，来实现更优化的爆破设计。