［摘 要］ 為探究周邊空孔與炮孔間距對(duì)爆破時(shí)圍巖裂紋擴(kuò)展和損傷的影響機(jī)制，在理論分析炮孔間距對(duì)斜入射應(yīng)力波反射以及卸載波對(duì)圍巖應(yīng)力分布影響的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值模型，分析有、無(wú)周邊空孔和不同炮孔間距爆破時(shí)圍巖斷裂、損傷的變化。結(jié)果表明：空孔與炮孔間距是發(fā)揮空孔效應(yīng)的關(guān)鍵因素。間距較小，炸藥能量利用率降低，無(wú)法發(fā)揮空孔對(duì)裂紋擴(kuò)展的導(dǎo)向作用，圍巖爆破損傷嚴(yán)重；間距較大，空孔對(duì)應(yīng)力波的反射作用減弱，空孔效應(yīng)不足以使兩孔之間的裂紋相互貫通，無(wú)法滿足開(kāi)挖要求；炮孔間距為800～1 000 mm時(shí)的爆破效果最佳?？湛椎脑鲈O(shè)可將爆破的炮孔間距擴(kuò)大30%。

［關(guān)鍵詞］ 爆破；周邊空孔；炮孔間距；裂紋擴(kuò)展；損傷控制

［分類號(hào)］ TD235

Influence of Spacing between Surrounding Empty Holes and Blast Holes on Fracture and Damage of Rock in Blasting

TIAN Guobin①②，DAI Jun②，GAO Meng②

①College of Civil Engineering and Architecture， Yuncheng Vocational and Technical University （Shanxi Yuncheng， 044000）

②College of Architecture and Civil Engineering， Xi’an University of Science and Technology （Shaanxi Xi’an， 710054）

［ＡＢＳＴＲＡＣＴ］ In order to explore the influence mechanism of spacing between empty hole and blast hole on blasting crack propagation and surrounding rock damage in perimeter blasting， on the basis of theoretical analysis of the influence of borehole spacing on reflection of oblique incident stress waves and unloading waves on surrounding rock stress distribution， numerical models were combined to analyze the changes of fracture and damage under different blasthole spacing during perimeter blasting with or without empty hole. Results show that the spacing between empty hole and blast hole is a key factor in exerting the empty-hole effect. If the spacing is small， the energy utilization rate of explosives decreases， and the guiding effect of empty hole on crack propagation cannot be exerted， resulting in severe damage to surrounding rock. When the spacing is large， the reflection effect of empty hole on stress waves is weakened， and the empty-hole effect is not sufficient for the cracks between the two holes to penetrate each other， which cannot meet the excavation requirements. When the spacing between two blast holes is 800-1000 mm， the outcome of the empty-hole perimeter blasting is the best， and the addition of empty holes can increase the blasthole spacing by 30%.

［KEYWORDS］ blasting; surrounding empty hole; spacing between blast holes; crack propagation; damage control

0 引言

普通巖土爆破中，在形成貫通裂紋的同時(shí)，還會(huì)在炮孔周圍其他方向產(chǎn)生大量的隨機(jī)裂紋，導(dǎo)致圍巖的穩(wěn)定性和整體性降低［1］。為同時(shí)滿足爆破開(kāi)挖輪廓規(guī)整和降低圍巖損傷的要求，人們提出了定向斷裂爆破技術(shù)。其中，在周邊炮孔之間設(shè)置空孔，一定距離內(nèi)的巖石爆破時(shí)在空孔周圍能夠形成應(yīng)力集中［2］，引導(dǎo)裂紋在兩孔之間優(yōu)先發(fā)展、貫通［3］，減少圍巖內(nèi)裂紋擴(kuò)展的隨機(jī)性，從而有效地保證開(kāi)挖輪廓規(guī)整，降低爆破對(duì)圍巖的損傷破壞，實(shí)現(xiàn)爆破開(kāi)挖的目的。

對(duì)于空孔在爆破開(kāi)挖中的應(yīng)用及研究，Mohanty［4］最早提出，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了在裝藥孔兩側(cè)設(shè)置空孔，能夠產(chǎn)生徑向控制裂紋，得到與切槽孔爆破等效的定向斷裂爆破效果。學(xué)者們采用數(shù)值模擬與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)有、無(wú)導(dǎo)向孔以及帶切槽導(dǎo)向孔等不同情況下的裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行了研究［5-7］。楊仁樹等［8］利用動(dòng)態(tài)焦散線試驗(yàn)系統(tǒng)研究了空孔直徑對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。張召冉等［9-10］建立了掏槽爆破中裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度的計(jì)算表達(dá)式，分析討論了不同情況時(shí)空孔對(duì)炮孔間距和起爆效果的影響，結(jié)果表明：軟巖時(shí)空孔效應(yīng)對(duì)炮孔間距的影響更為明顯。楊賽群等［11］對(duì)比了不同炮孔間距時(shí)，空孔對(duì)圍巖混凝土模型損傷的影響。冀玉豪等［12］對(duì)比了不同炮孔間距時(shí)空孔對(duì)巖石漲裂效果的影響，得出了空孔周邊的應(yīng)力分布特性，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定了空孔間距的取值。章彬彬等［13］通過(guò)混凝土模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬計(jì)算分析了不同炮孔間距對(duì)爆破效果的影響。江俐敏等［14］在理論分析、數(shù)值模擬及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)隧道掏槽爆破時(shí)的孔距、空孔半徑等參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。郭德勇等［15］將空孔作為控制孔，通過(guò)理論分析和數(shù)值模擬，研究了空孔對(duì)爆炸應(yīng)力波傳播特性、圍巖爆生主裂隙擴(kuò)展規(guī)律的影響。利用AUTODYN軟件，Li等［16］建立了數(shù)值模型，研究了空孔對(duì)爆破時(shí)圍巖裂紋擴(kuò)展方式的作用機(jī)理，發(fā)現(xiàn)空孔對(duì)外向裂紋具有抑制作用，且抑制作用的大小主要與孔距有關(guān)。

已有的研究大都集中在掏槽爆破時(shí)空孔的作用及參數(shù)計(jì)算，對(duì)空孔在爆破中圍巖的斷裂損傷作用以及炮孔間距對(duì)爆破效果的影響研究較少。本文中，通過(guò)理論分析炮孔間距對(duì)應(yīng)力波反射作用的影響以及周邊空孔卸載波對(duì)圍巖損傷的控制作用，以得出炮孔間距對(duì)圍巖斷裂與損傷控制效果的影響機(jī)理；同時(shí)，建立數(shù)值模型，分析爆后圍巖裂紋的擴(kuò)展及應(yīng)力分布規(guī)律，為實(shí)際公路隧道的爆破設(shè)計(jì)提供參考。

1 孔間距對(duì)爆破裂紋擴(kuò)展的影響

在爆破中，當(dāng)起爆孔（炮孔）產(chǎn)生的應(yīng)力波垂直入射至周邊空孔時(shí)，在空孔迎爆側(cè)會(huì)發(fā)生反射和透射，即

σR=-σI;

σT=0。（1）

ER=EI;

ET=0。（2）

式中：σ為巖石質(zhì)點(diǎn)所受的應(yīng)力；E為巖石質(zhì)點(diǎn)具有的能量；下標(biāo)I、R、T分別表示入射波、透射波和反射波。

當(dāng)入射波垂直進(jìn)入空孔時(shí)，即在起爆孔與空孔連心線方向上，壓縮應(yīng)力波全部轉(zhuǎn)化為反方向的拉伸波，裂紋最先在此方向萌生、擴(kuò)展，巖石發(fā)生拉伸破壞，最終與起爆孔周邊的爆生裂紋相互貫通，形成開(kāi)挖輪廓。

在兩孔連心線以外位置，入射波斜入射至空孔周邊，反射波的方向與兩孔連心線逐漸偏移，拉伸應(yīng)力波進(jìn)入兩孔之間巖石的能量亦逐漸減小，直到應(yīng)力波在空孔處的某一點(diǎn)經(jīng)反射后垂直于連心線方向（圖1）。應(yīng)力波將被全部反射后進(jìn)入空孔上側(cè)巖石，此時(shí)，對(duì)兩孔之間的裂紋擴(kuò)展作用可認(rèn)為0。入射波與連心線方向的夾角為臨界角α。

由圖1中的幾何關(guān)系可以看出，當(dāng)反射波垂直于連心線［17］時(shí)，

α+θ=γ；（3）

θ+γ=90°。（4）

式（3）、式（4）合并可得

θ=45°-α2。（5）

因此，在由入射波的傳播路徑、起爆孔與空孔的連心線及空孔半徑組成的△OAB中，有

β=180°-α-θ=135°-α2；（6）

asin β=rsin α。（7）

式中：r為空孔半徑；a為空孔中心與起爆孔中心之間的距離。

將式（6）代入式（7），化簡(jiǎn)可得

α=2arcsinr+r2+8a24a-π4。（8）

式（8）中，當(dāng)起爆孔與空孔之間的距離a=r時(shí)，反射波恰好垂直于連心線，臨界角α=90°，即所有入射波均作用于兩孔之間的巖石上。此時(shí)，起爆孔緊貼于空孔，起爆孔產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力波在巖石中引起的徑向裂隙直接與空孔貫通，造成炸藥利用率降低，無(wú)法發(fā)揮空孔的作用。因此，應(yīng)適當(dāng)增大起爆孔與空孔之間的距離。隨著兩孔之間距離a的增大，入射波臨界角α逐漸減小，壓縮應(yīng)力波在兩孔之間的反射范圍變小，從而使得更多的拉伸應(yīng)力波能量集中于兩孔連心線之間，使裂紋在兩孔之間擴(kuò)展、貫通。

由式（8）可得，當(dāng)起爆孔與空孔距離不斷增大，入射波的臨界角α不斷減小，直至趨近于0°。此時(shí)，經(jīng)空孔反射后作用于連心線方向的應(yīng)力波能量為無(wú)限小，更多的斜入射波被反射、透射后，進(jìn)入圍巖，無(wú)助于貫通裂紋的產(chǎn)生；同時(shí)，應(yīng)力波傳播至空孔的衰減效應(yīng)明顯，空孔周邊的應(yīng)力集中作用減弱，無(wú)法出現(xiàn)初始導(dǎo)向裂紋，空孔對(duì)兩孔之間貫通裂紋形成的作用甚微，無(wú)法發(fā)揮空孔對(duì)應(yīng)力波的反射增強(qiáng)效應(yīng)。

總之，周邊空孔爆破時(shí)，當(dāng)起爆孔與空孔的間距較小時(shí)，空孔有可能位于爆炸作用的破碎區(qū)范圍內(nèi)，僅沖擊波的作用即可使兩孔之間巖石破碎，形成斷裂，導(dǎo)致兩孔之間的裂紋過(guò)多，無(wú)法形成光滑的開(kāi)挖輪廓面，造成炸藥能量利用率降低，巖石過(guò)度破碎。隨著間距的增大，空孔對(duì)定向裂紋擴(kuò)展的導(dǎo)向作用逐漸顯著，爆炸應(yīng)力波更多地集中于兩孔連心線方向，空孔壁處的初始裂紋不斷延伸、擴(kuò)展，最終形成較為理想的貫通裂紋。當(dāng)起爆孔與空孔間距太大時(shí)，空孔對(duì)應(yīng)力波的反射作用減弱，爆炸應(yīng)力波的衰減比較明顯，在空孔的迎爆側(cè)處不足以產(chǎn)生足夠長(zhǎng)的初始裂紋，無(wú)法引導(dǎo)兩孔之間的裂紋定向擴(kuò)展、貫通，無(wú)法滿足開(kāi)挖要求。進(jìn)一步分析可知，空孔應(yīng)力集中后的切向應(yīng)力隨孔間距的增加而減小，間距越大，切向應(yīng)力越小，對(duì)巖石的破壞能力越弱，空孔對(duì)巖石的定向斷裂作用也越弱。因此，空孔只有與起爆孔保持合理的間距，才能有效增強(qiáng)應(yīng)力波的反射作用，發(fā)揮空孔的導(dǎo)向作用，促使裂紋在兩孔之間定向擴(kuò)展，形成良好的開(kāi)挖輪廓，滿足周邊爆破開(kāi)挖的要求。

2 孔間距對(duì)周邊爆破圍巖損傷控制的影響

周邊爆破時(shí)，起爆孔之間設(shè)置合理間距的空孔，能有效地促進(jìn)爆生裂紋與空孔周邊裂紋的貫通，形成良好的開(kāi)挖輪廓，并且還能有效控制圍巖的損傷破壞，降低爆破振動(dòng)對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。

當(dāng)周邊爆破的裝藥孔起爆后，應(yīng)力波到達(dá)空孔，由于空孔的應(yīng)力集中效應(yīng)［18］，空孔迎爆側(cè)A點(diǎn)的巖石最先出現(xiàn)裂紋，切向應(yīng)力將會(huì)被釋放，產(chǎn)生卸載波，見(jiàn)圖2。

應(yīng)力卸載波在圍巖內(nèi)不斷傳播，當(dāng)傳播至與A點(diǎn)距離為d的B點(diǎn)時(shí)，起爆孔在B點(diǎn)產(chǎn)生的切向拉應(yīng)力恰好未達(dá)到巖石動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度，則B點(diǎn)的切向拉應(yīng)力將被卸載，巖石將不會(huì)出現(xiàn)裂紋，圍巖內(nèi)的爆破損傷將會(huì)被有效控制。臨界狀態(tài)可以表示為

tA+dcu≤tB。（9）

式中：tA為應(yīng)力波傳播至A點(diǎn)所需時(shí)間；cu為應(yīng)力波的傳播速度；tB為B點(diǎn)拉應(yīng)力達(dá)到巖石的動(dòng)態(tài)抗拉強(qiáng)度的時(shí)間。

在式（9）中，tA是與空孔、炮孔間距a正相關(guān)的函數(shù)，即可以表示為

f（a）+dcu≤tB。（10）

式（10）顯示，為能有效發(fā)揮空孔卸載波對(duì)圍巖損傷的控制作用，必須首先保證空孔處于起爆孔合理的距離范圍內(nèi)，使得爆炸應(yīng)力波能有效地在空孔周邊形成應(yīng)力集中，形成足夠大的切向拉應(yīng)力，從而在空孔的迎爆側(cè)A點(diǎn)產(chǎn)生初始裂紋，在圍巖內(nèi)形成卸載波效應(yīng)。

在能使空孔周邊產(chǎn)生初始裂紋的基礎(chǔ)上，空孔與起爆孔之間的距離可以盡可能地小，即f（a）減小，空孔周邊不出現(xiàn)裂紋的巖石質(zhì)點(diǎn)與空孔之間的距離d將變大，空孔能夠控制的圍巖損傷破壞范圍將增大。

同時(shí)，也可以看到，在式（10）中，隨著空孔與起爆孔的間距a不斷減小，周邊巖石內(nèi)出現(xiàn)爆生裂紋時(shí)間也逐漸減小，圍巖內(nèi)的巖石質(zhì)點(diǎn)在空孔的卸載波未達(dá)到前便已出現(xiàn)爆生隨機(jī)裂紋，導(dǎo)致空孔的卸載波效應(yīng)能夠抑制圍巖產(chǎn)生裂紋的范圍被縮小，不利于發(fā)揮空孔對(duì)圍巖損傷破壞的控制作用。

因此，周邊爆破中起爆孔周邊設(shè)置合理間距的空孔，可在空孔迎爆側(cè)最先出現(xiàn)初始裂紋，且在圍巖內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力波卸載效應(yīng)能夠有效地降低巖石的切向拉應(yīng)力，使得圍巖內(nèi)出現(xiàn)隨機(jī)裂紋的數(shù)量和長(zhǎng)度大大減小，更多的裂紋在兩孔之間擴(kuò)展、貫通，并誘導(dǎo)其他方向的爆生裂紋向兩孔連心線方向偏轉(zhuǎn)，抑制圍巖內(nèi)隨機(jī)裂紋的出現(xiàn)，減少爆破對(duì)圍巖的損傷破壞。

綜上所述，在空孔周邊爆破中，合理的空孔與起爆孔間距能夠引導(dǎo)裂紋優(yōu)先在空孔與起爆孔之間萌生、擴(kuò)展、貫通，形成理想的開(kāi)挖輪廓面；同時(shí)，還能抑制隨機(jī)裂紋的出現(xiàn)，降低爆破對(duì)圍巖的損傷破壞，實(shí)現(xiàn)更好的周邊爆破效果。

3 具有周邊空孔的爆破過(guò)程的數(shù)值模擬

為進(jìn)一步分析空孔對(duì)爆破炮孔間距的影響，確定周邊空孔與起爆孔的合理間距設(shè)置，以某公路隧道工程為例，對(duì)相同炮孔間距的普通爆破和具有周邊空孔爆破的起爆過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。

3.1 計(jì)算模型和材料參數(shù)的選擇

利用ANSYS/LS-DYNA軟件，以六面體 Solid164 實(shí)體單元建立有限元模型。采用平面應(yīng)變模型，模型的各個(gè)邊界均為非反射邊界。特別的是，考慮到起爆孔周邊的應(yīng)力、應(yīng)變比較復(fù)雜，對(duì)起爆孔周邊網(wǎng)格劃分的尺寸較小，數(shù)量較多，而距起爆孔較遠(yuǎn)的網(wǎng)格相對(duì)稀疏。這樣能清晰地反映裂紋的發(fā)展演化狀態(tài)，確保計(jì)算精確度。

模型尺寸為4 000 mm×3 000 mm，縱向僅取一個(gè)單位厚度。爆破時(shí)，網(wǎng)格中心布置空孔，兩側(cè)對(duì)稱布置2個(gè)起爆孔，起爆孔與空孔的直徑均為50 mm，見(jiàn)圖3。采用不耦合裝藥，不耦合系數(shù)為1.8，2個(gè)起爆孔同時(shí)起爆，分別模擬炮孔間距為600、800、1 000 mm和1 200 mm時(shí)的起爆過(guò)程。

此次模擬中，巖石選取LS_DYNA軟件中的H-J-C模型［19］;同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘查報(bào)告和設(shè)計(jì)資料，基巖主要為元古界南寺組（Ptns）淺變質(zhì)紫紅色石英砂巖，力學(xué)參數(shù)如表1所示。

炸藥選用常用的2#巖石乳化炸藥，選取*Mat_High_Explosive_Burn本構(gòu)模型，爆轟產(chǎn)物由JWL狀態(tài)方程表示，炸藥的參數(shù)及狀態(tài)方程參數(shù)如表2所示?？諝鈫卧x取*Mat_Null模型，本構(gòu)模型可以通過(guò)*Eos_Linear_Polynomial進(jìn)行描述。

3.2 有、無(wú)周邊空孔的爆破效果

普通爆破和具有周邊空孔爆破的裂紋擴(kuò)展如圖4所示。圖4中，左列是具有周邊空孔爆破時(shí)的裂紋分布情況，右列為相同炮孔孔距時(shí)普通爆破后的裂紋分布情況。

1）有空孔存在的左列圖中，起爆孔在空孔方向形成的裂紋長(zhǎng)度和數(shù)量要明顯大于其他方向?？湛椎膶?dǎo)向作用引導(dǎo)裂紋首先在兩孔連線方向上擴(kuò)展， 形成較長(zhǎng)的定向裂紋；同時(shí)，其他方向的裂紋長(zhǎng)度較短，數(shù)量較少。圖4（b）左圖顯示，兩孔之間的主裂紋為8條，而兩起爆孔背爆側(cè)的主裂紋數(shù)量?jī)H為4條。這表明空孔的存在使得更多能量集中在起爆孔與空孔之間，減弱了其他方向巖體內(nèi)的能量分布，抑制了其他方向裂紋的擴(kuò)展。

2）對(duì)于右列圖的普通周邊爆破，總的來(lái)說(shuō)，在兩起爆孔之間的裂紋的長(zhǎng)度和數(shù)量要優(yōu)于其他方向。如圖4（b）右圖中，兩孔之間的主裂紋長(zhǎng)度達(dá)到了460 mm，而其他方向的最長(zhǎng)的僅為260 mm，明顯小于兩孔之間的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度。這是由于相對(duì)起爆孔而言，相鄰起爆孔可以發(fā)揮類似空孔的作用，引導(dǎo)裂紋優(yōu)先在兩起爆孔之間擴(kuò)展，造成其他方向的裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度相對(duì)較短。

3）左列圖與右列圖相互對(duì)比，在相同的炮孔間距條件下，由于空孔的存在，兩起爆孔起爆后形成的裂紋數(shù)量和長(zhǎng)度明顯優(yōu)于無(wú)空孔的。即使在圖4（d）左圖中，兩炮孔之間未形成貫通裂紋，但在靠近空孔一側(cè)的起爆孔周邊還是出現(xiàn)了較長(zhǎng)的定向裂紋，方向與兩孔連線方向基本一致。而影響裂紋長(zhǎng)度和方向的關(guān)鍵參數(shù)是起爆孔與空孔之間的間距。間距越小，形成的裂紋數(shù)量較多，長(zhǎng)度較短，沒(méi)有明顯的方向性，無(wú)法有效地發(fā)揮空孔對(duì)裂紋擴(kuò)展的導(dǎo)向作用，如圖4（a）左圖；間距越大，空孔應(yīng)力集中后的切向應(yīng)力較小，不足以達(dá)到巖石的斷裂強(qiáng)度，無(wú)法在兩孔之間形成貫通裂紋，無(wú)法滿足周邊爆破開(kāi)挖要求，如圖4（d）左圖。

4）與起爆后的最大等效應(yīng)力進(jìn)行比較。同樣的炮孔間距，具有周邊空孔的爆破要比普通爆破的小很多，空孔能夠減小炸藥起爆引起的應(yīng)力，圍巖穩(wěn)定性能提高，損傷控制效果明顯。

不同炮孔間距條件下，普通爆破時(shí)的最大等效應(yīng)力分別比具有周邊空孔的爆破的最大等效應(yīng)力大45%、 55%、 42%、 9%。其中，炮孔間距為800 mm時(shí)，兩者差距最大，如圖5所示。此時(shí)，空孔控制圍巖爆破損傷的效果最為明顯。隨著炮孔間距的增大，空孔的導(dǎo)向作用變?nèi)?，周邊空孔爆破與普通爆破在圍巖內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力相互接近，空孔對(duì)圍巖應(yīng)力分布的影響也減小，無(wú)法使裂紋相互貫通，這與理論分析結(jié)果相一致。

3.3 不同炮孔間距的爆破效果

普通爆破情況下，炮孔間距600 mm時(shí)，裂紋相互貫通，但數(shù)量較多，圍巖損傷較為嚴(yán)重，見(jiàn)圖4（a）左圖；炮孔間距800 mm時(shí)，雖然在兩炮孔之間的裂紋長(zhǎng)度最大，但未能形成有效連通；當(dāng)炮孔間距達(dá)到1 000、1 200 mm時(shí)，兩炮孔之間相互影響很小，可以認(rèn)為是2個(gè)獨(dú)立的起爆孔起爆，也未能形成貫通裂紋。因此，可以認(rèn)為普通爆破的最佳炮孔間距為600～800 mm，與工程實(shí)踐中常用的炮孔間距（7～15倍炮孔直徑）相符。

周邊空孔爆破后的裂紋分布顯示，在炮孔間距600 mm時(shí)，起爆孔與空孔之間形成了多條貫通裂紋，其他方向也出現(xiàn)了大量的隨機(jī)裂紋，不利于圍巖穩(wěn)定，爆破效果較差。炮孔間距800、1 000 mm時(shí)，起爆孔與空孔之間均有裂紋形成有效貫通。炮孔間距800 mm時(shí)，主裂紋兩側(cè)的翼裂紋數(shù)量較多，兩炮孔周邊的裂隙區(qū)半徑較大，對(duì)圍巖的損傷較為嚴(yán)重;炮孔間距1 000 mm時(shí)，起爆孔與空孔之間僅有一條貫通裂紋產(chǎn)生，但主裂紋擴(kuò)展的方向與兩孔之間的連心線（開(kāi)挖輪廓線）偏轉(zhuǎn)較大;炮孔間距1 200 mm時(shí)，兩起爆孔的裂紋處于斷開(kāi)狀態(tài)，無(wú)法滿足爆破開(kāi)挖的需要。

根據(jù)周邊爆破開(kāi)挖輪廓要求和圍巖損傷破壞最小的原則，通過(guò)分析爆破后的裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)和應(yīng)力分布，可以確定，周邊空孔爆破時(shí)，兩起爆孔間距800～ 1 000 mm為最佳的炮孔間距，與普通爆破相對(duì)比，空孔可將炮孔間距增大30%。

4 結(jié)論

1）爆破中通過(guò)設(shè)置空孔，可創(chuàng)造新的自由面，空孔的應(yīng)力集中作用使得空孔迎爆側(cè)最先產(chǎn)生初始裂紋，引導(dǎo)裂紋在空孔與起爆孔連心線方向貫通，減小其他方向巖體內(nèi)的應(yīng)力分布，抑制隨機(jī)裂紋的出現(xiàn)，有效地降低爆破對(duì)圍巖的損傷破壞，較好地實(shí)現(xiàn)爆破開(kāi)挖的目的。

2）空孔與起爆孔的間距是發(fā)揮空孔效應(yīng)的關(guān)鍵因素。間距較小，炸藥利用率降低，無(wú)法發(fā)揮空孔對(duì)裂紋擴(kuò)展的導(dǎo)向作用，圍巖損傷破壞較為嚴(yán)重；間距較大，空孔對(duì)應(yīng)力波的反射作用減弱，裂紋未能有效貫通，無(wú)法滿足開(kāi)挖要求。合理的炮孔間距能夠有效促進(jìn)兩孔之間的裂紋擴(kuò)展、貫通，抑制隨機(jī)裂紋擴(kuò)展，降低圍巖的損傷破壞。

3）通過(guò)對(duì)不同炮孔間距下的有、無(wú)周邊空孔的爆破過(guò)程的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行分析得出，空孔的設(shè)置使得爆破的炮孔間距擴(kuò)大30%?？蔀轭愃茥l件的炮孔間距設(shè)計(jì)與施工提供一定的借鑒和參考。

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收稿日期：2023-12-15

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51174159）

第一作者：田國(guó)賓（1979—），男，博士，講師，從事爆破工程與技術(shù)方面的研究。E-mail：383012020@qq.com

通信作者：戴俊（1964—），男，博士，教授，從事爆破工程和地下工程方面的科研和教學(xué)。E-mail：651988237@qq.com