岩石的力学性质

    用炸药爆炸来破碎岩石是爆破工程的主要内容，而炸药爆炸加载于介质的载荷是冲击载荷，属于动力学范畴。因此，必须对岩石的动力学性质进行研究。冲击载荷能使介质中产生波的传播，这种波在介质中统称为应力波。研究岩石动力学性质，首先应研究载荷性质、应力波性质及其传播规律。

2.1.2.1  炸药爆炸的载荷性质

    根据介质的应变速率（见表2—2）、冲击速度或加载速度的不同，载荷性质可分为动载荷和静载荷。

表2-2载荷状态分类

应变速率是指应变随时间的变化率；冲击速度是指试件一端质点相对于另一端质点的运动速度；加载速度是指应力随时间的变化率。

    由表2—2中可看出，炸药爆炸时周围岩石的应变速率达104以上，属于动载荷。矿岩受到爆炸作用时，其力学特性为动力学特性。

2.1.2.2  岩石的波阻抗

    岩石密度p与纵波在该岩石中传播速度C的乘积，称为岩石的波阻抗。它有阻止波传播的作用，即所谓对应力波传播的阻尼作用。实验表明，波阻抗值的大小除与岩石性质有关外，还与作用于岩石界面的介质性质有关。岩石的波阻抗值对爆破能量在岩体中的传播效率有直接影响，即炸药的波阻抗值与岩石的波阻抗值相接近（相匹配）时，爆破传给岩石的能量就多，在岩石中所引起的应变值也就大，可获得较好的爆破效果。

2.1.2.3  岩石的弹性与塑性

岩石在外力作用下产生变形，其变形性质可用应力一应变曲线表示，如图2-1所示。根据变形性质的不同，可分为弹性变形和塑性变形。弹性变形具有可逆性，即载荷消除后变形跟着消失，这种变形又分为线性变形和非线性变形两种。当应力值在比例极限之内时，应力与应变呈线性关系，并遵守胡克定律；当应力值超过比例极限时，则进入非线性弹性变形阶段，其应力一应变关系不遵守胡克定律；当应力值超过极限抗压强度（峰值）时，脆性材料则立即发生破坏．而塑性材料则进入具有永久变形特性的塑性变形区。塑性变形是不可逆的，载荷消除后，部分变形将永久保留下来。但是，岩石与其他材料不同，在弹性区内，应力消除之后应变并不能立即消失，而需要经过一定时间才能恢复，这种现象称为岩石的弹性后效。在弹性后效没有消除之前，如果重新加载，岩石就会出现如图2-2所示的应力一应变曲线，其中加载与卸载围成的环形，称为岩石的弹性滞环。岩石破坏前不产生明显残余变形者，称为脆性岩石。铁矿山、有色金属矿山的矿岩，大多属于脆性岩石。

图2-1岩石的应力σ-应变ε曲线

图2-2反复加载与卸载的应力σ-应变ε曲线

2.1.2.4  岩体在爆炸冲击载荷作用下的力学反应

    岩体在爆炸冲击载荷作用下产生一种波，通常称为应力波或纵波，它在岩体中传播能引起岩体的变形乃至破坏。这种动力学反应的特点是：

(1)炸药爆炸首先形成应力脉冲，使岩体表面产生变形和运动。由于爆轰压力瞬间高达数千乃至数万兆帕，会在岩体表面产生冲击波。爆轰压力的特点是突跃式上升、峰值高而作用时间短，并随着冲击波的传播和衰减而变成应力波，如图2-3所示。

图2-3炸药爆炸形成的应力波δ随时间t变化曲线

    (2)岩体中某局部被激发的应力脉冲是时间和距离的函数。由于应力作用时间短，往往其前沿扰动才传播了一小段距离而载荷已作用完毕，因此，在岩体中产生明显的应力不均现象。

    (3)岩体中各点产生的应力呈动态，即所发生的变形、位移和运动均随时间而变化。

    (4)载荷与岩体之间有明显的“匹配”作用。在炸药与岩体紧密接触的条件下爆炸时，爆轰压力值与作用在岩体表面的应力值并不相等。这是由于介质或岩体的性质不同，在不同程度上改变了载荷作用的大小。换言之，由于加载体与承载体性质不同，匹配程度也不同，从而改变了作用结果和能量传递效率。