爆破软件设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流爆破软件设计.精品文档.论文题目：水利水电工程深孔梯段爆破设计系统开发与应用研究学科名称：水利水电建设工程管理研 究 生：李 宁 签 名： 指导教师：刘建林 教授 签 名： 闫建文 讲师 签 名： 摘 要水利水电工程施工普遍具有施工条件复杂、开挖难度高、开挖方量大、工期要求高的特点，因此，利用梯段爆破实施开挖作业，这是水利水电工程施工中不可或缺的组成部分。传统的爆破设计主要依靠设计人员自身的技术水平和知识积累，其优点在于能够根据施工方法、技术水平、地形地质条件和施工机械条件等方面综合考虑、优化设计，但也存在很多不足之处，例如设计周期较长、参数

2、设计与网络图设计不能同步进行、后期难以调整等问题，因此，研究出一套既能够继承手工设计的优点、又能克服其缺点的水利水电工程深孔梯段爆破设计系统是一件十分有意义的课题，其价值不仅体现在理论研究上，更是体现在实用性上。本文正是结合水利水电工程施工中的深孔梯段爆破，深入分析爆破设计过程，将理论与实践相结合，以爆破设计的计算机实现方法为主要研究内容，运用最新的程序开发平台Visual Studio.NET 2008中的Visual Basic 2008编程语言，融合Access数据库开发技术、GDI+图形编程技术，从深孔梯段爆破设计理论出发，依次阐述了深孔梯段爆破设计方法、爆破施工与监测、系统开发关键技

3、术、系统设计思路、系统实现方法，最终实现了水利水电工程深孔梯段爆破设计系统。该系统不仅能够进行爆破知识学习、深孔梯段爆破参数设计、爆破网络设计，更能够突破性地实现从图纸到参数的反向爆破设计，经过李家河水库大坝右岸边坡爆破开挖实例的验证，该系统爆破设计步骤合理、界面友好、设计参数可靠，已经具有一定的实用价值，同时也为同类软件系统的开发提供了经验参考。关键词：水利水电工程；深孔梯段爆破；爆破设计；Visual Basic 2008Title: DEVELOPMENT AND APPLICATION OF HYDROELECTRIC ENGINEERING DEEP-HOLE BENCH BLAST

4、ING DESIGN SYSTEMMajor：Hydraulic and Hydropower Construction Project ManagementName：Ning LI Signature: Supervisor：Prof. Jianlin LIU Signature: Lecturer Jianwen YAN Signature: AbstractGenerally, Hydroelectric engineering construction has some common features such as complicated construction condition

5、s, difficult and large square excavation, tight construction period. Therefore, Its an inexorable necessity part of construction that using blasting in the implementation of excavation work. Traditional blasting design mainly based on the traditional designers own skill level and knowledge accumulat

6、ion, Its advantage is that according to the construction methods, technology, terrain and geological conditions, and other construction equipment conditions into account, designers can make design optimum, but there are many deficiencies, such as long design cycle, parameter design and network diagr

7、am design can not keep synchronization and difficult to adjust. So, develope a software of Hydroelectric engineering deep-hole bench blasting design system to inherit the advantages of manual design and overcome the drawback is a very significant issue, Its value not only in theoretical research, bu

8、t also is reflected in the practicality.This thesis is based on deep-hole bench blasting in hydroelectric engineering construction, depth analysis the design process, combined with theroy and practice, make blasting design method for computer realization of the main research content, using the lates

9、t application development platform Visual Basic 2008 programming language in Visual Studio. NET 2008, integrated with Access database development technologies, GDI+ graphics programming, begin from the deep-hole blasting theory, in turn describes the design method of deep-hole bench blasting, blasti

10、ng construction and monitoring, critical system development technology, thread of system design, system implementations, and ultimately finish the design system. The system not only capable of learning blasting knowledge, design parameters of deep-hole bench blasting and network, better able to achi

11、eve a breakthrough from the drawing board to reverse blasting design parameters, through the right bank slope blasting of Lijiahe Reservoir Dam instance validation, verify that the system has logical design process, friendly interface, reliable design parameters, and already has a certain practical

12、value. It also provides experiences for reference to the similar design systems.Key Words: Hydroelectric Engineering；Deep-hole Bench Blasting；Blasting Design；Visual Basic 2008目 录1 绪论11.1 研究背景与意义11.2 国内外爆破系统研究发展与现状11.3 课题研究拟解决的问题31.4 本文研究内容与方法31.4.1 主要研究内容31.4.2 研究方法与技术路线41.4.3 难点及创新点62 深孔梯段爆破与监测72.1

13、 岩石爆破理论72.1.1 爆炸应力波72.1.2 爆破破碎机理92.1.3 影响爆破作用的因素122.2 深孔梯段爆破基本概念132.2.1 深孔梯段爆破特点与分类132.2.2 台阶要素152.3 深孔梯段爆破设计152.3.1 设计程序152.3.2 主爆孔参数设计162.3.3 预裂孔参数设计212.3.4 起爆网络及起爆顺序设计232.4 深孔梯段爆破施工242.4.1 钻凿作业242.4.2 装药与堵塞252.5 深孔梯段爆破监测262.5.1 监测内容与方法262.5.2 监测数据分析262.6 本章小结283 系统开发关键技术303.1 .NET框架303.1.1 .NET框架

14、的组成303.1.2 .NET框架特点313.1.3 ADO.NET技术313.2 Visual Basic 2008开发平台323.2.1 Visual Basic.NET特点323.2.2 Access数据库开发技术333.2.3 GDI+图形编程技术343.2.4 基于ActiveX的AutoCAD二次开发353.3 本章小结364 系统架构与设计374.1 系统需求分析374.2 系统架构384.2.1 设计原则394.2.2 系统流程设计404.2.3 功能与非功能架构414.3 UI设计434.4 系统功能设计454.4.1 数据库模块464.4.2 爆破设计模块474.4.3 辅

15、助功能模块494.5 本章小结495 水利水电工程深孔梯段爆破设计系统实现505.1 数据库操作实现505.1.1 实现原理及方法505.1.2 数据表结构535.2 登录及用户管理模块实现575.2.1 系统登录模块585.2.2 用户管理模块595.3 爆破设计模块实现615.3.1 模块流程615.3.2 孔网参数设计625.3.3 爆破网络设计655.3.4 AutoCAD二次开发675.3.5 设计报告输出685.4 系统实现难点及解决方法695.4.1 算法与计算逻辑695.4.2 整体UI实现705.4.3 双缓冲绘图与抗锯齿715.4.4 数据流存储与数据表更新725.4.5

16、用户权限控制755.4.6 敏感信息加密765.5 本章小结766 李家河水库坝基开挖工程实例应用786.1 工程概况786.1.1 工程地质情况786.1.2 爆破设计与施工情况786.2 应用系统进行设计806.2.1 设计流程806.2.2 新建工程806.2.3 梯段爆破设计826.2.4 爆破网络设计826.2.5 设计结果对比836.3 爆破系统优缺点分析846.4 本章小结857 结论与展望867.1 结论867.2 展望87致 谢88参考文献89附 录921 绪论工程爆破是用炸药炸除岩石、破坏构筑物或建筑物的一种瞬间作业1。工程爆破具有爆破方量大、效率高、省时省力的优点，所以特

17、别适合需要进行大规模施工的场合。由于水利水电工程施工普遍具有施工条件复杂、开挖难度高、开挖方量大、工期要求高的特点，因此尤其适合使用爆破施工，在水利水电工程中的各种基础开挖、边坡开挖、洞室开挖、石料开采中，都能够看到爆破的影子。近年来，随着国家加快基础设施建设的步伐，特别是水利行业的大力投入，势必将越来越多地应用到工程爆破技术。1.1 研究背景与意义从三门峡工程（1958年）、刘家峡水电站（1964年）到葛洲坝水利枢纽工程，再到三峡工程，我国水利水电爆破一路走来，经历了人工钢钎凿孔爆破到手风钻钻孔爆破，再过渡到深孔爆破、洞室爆破的发展历程，创造出许多爆破新技术和新工艺，解决了许多工程建设中的技

18、术难题，为国家经济建设做出了重大贡献1-3。近年来，由于爆破施工的综合机械化水平以及爆破设计人员自身技术水平的快速提高，工程爆破技术越来越成熟，并能根据施工方法、技术水平、地形地质条件和施工机械条件等方面综合考虑、优化设计。尽管如此，目前在工程爆破设计中仍然存在一系列有待解决的问题，主要表现为以下几个方面：1）设计人员较为依赖经验选取爆破参数，误差大，损耗多；2）计算工作量大，速度、精度难以保证；3）计算与绘图工作脱节，两者不能很好地沟通，任意一方修改后同步困难；4）数据管理不统一，调用、查询、迁移不方便。上述问题从表面上看似设计人员的问题，但究其本质，这些问题的出现是由于围绕爆破设计的一系列

19、组织工作没有做好，不能形成一个有机爆破系统整体所致。时间迈入2010年，计算机技术发展迅速，并与多种行业互相结合，形成良性互动4。将工程爆破与计算机技术相结合，而且在生产和实践中进行推广，将两者的先进技术结合发展必将产生巨大的经济效益：可以充分利用计算机软件的优势，实现爆破参数选取智能化、爆破设计成图自动化、设计图表规范化、数据管理系统化，提高生产爆破的设计质量与设计速度。本文就是为解决目前在工程爆破中存在的上述问题所设计了水利水电工程梯段爆破系统，该系统实现了围绕爆破工程的一系列工作聚合，设计人员可以有参照、有依据地快速准确进行梯段爆破设计，设计施工人员可以根据现场实际情况及时、合理地调整爆

20、破方案，管理人员可以方便、快捷地进行相关的管理工作，最终达到提升整体设计施工质量、加快施工进度、减少不必要的浪费、保护投资等目的。1.2 国内外爆破系统研究发展与现状爆破系统泛指包含爆破设计、爆破管理等内容的一系列软件，其中的重点在于爆破设计部分。自从计算机模拟方法和计算机辅助设计诞生以来，其在爆破方面的应用越来越多，纵观国内外的爆破系统发展，大致经历了三个阶段5,6：（1）设计初级阶段计算机辅助设计程序（CAD）以国外软件Blasting Plan Designer、BlastCAD等为代表，利用计算机直观、方便、快速的处理能力，用于指导爆破设计，CAD技术虽然起点低，但由于其丰富的内涵，所

21、以至今仍处于不断地发展之中。（2）专家系统阶段20世纪70年代初，爆破设计又诞生了新的方向，那就是爆破专家系统5。专家系统（Expert System）是一个结合了爆破设计与专家推理的综合性系统，它应用人工智能（AI）技术，将专家的思维过程融入爆破设计之中，用以解决更加复杂的问题，优化爆破设计。（3）三维模拟阶段自20世纪90年代以来，由于计算机技术的突飞猛进，爆破设计已经不仅仅停留在传统的二维平面而是转入三维模拟阶段，通过三维建模计算，将爆破设计的智能化水平、设计精度提高到了一个新的层次。国外开发的爆破系统多由爆破施工单位与高等院校联合开发，直接用于指导实践工作，早期的爆破系统如Blaspa

22、、Expertir等，其主要功能为爆破参数设计、炮孔布置、爆破块度预测7。自20世纪90年代以来，爆破设计已经全面转向三维模拟的层次，1990年，位于加拿大魁北克省的Noranda技术中心开发了一套用于矿山爆破的三维爆破设计系统BlastCAD8，该系统由爆破经验值计算（BCALC）、爆破块度分析（CPFCAD）、爆破延迟分析、炮孔绘图（DEVCAD）、爆破效果模拟（BBLAST）和成本分析（BCOST）组成，可直接建立三维矿体模型并完成爆破设计工作。2004年，美国Mincom公司联合宾西法尼亚州立大学共同开发了一套三维可视化钻孔与爆破设计系统9，该系统利用GPS技术建立出三维模型，从而实现

23、钻孔与爆破设计的可视化。2009年，印度Orica矿业公司（OMS）开发的i-kon爆破系统10成功地将爆破软件与硬件结合起来，这个爆破系统是一个双向可编程的控制系统，它由可编程的数字雷管与控制设备组成，通过电脑计算起爆时间并控制雷管的起爆顺序，拥有极高的精度，同时该系统还可进行爆破预测，以便随时指导爆破设计，提高爆破效果。国内爆破系统的研究目前仍处于第二阶段，即专家系统阶段11，虽然已有不少高校的科研人员研制出了应用于不同类型爆破工程的CAD系统或专家系统，但多数都未真正应用于实际工程之中，仍然偏重理论研究。根据国外的相关经验，未来我国爆破系统的研究方向主要有两个方面：1）由传统二维设计向三

24、维转换，化抽象模型为具体；2）将爆破系统由软件向硬件过渡，使之与实际工程相结合。在已经实现的爆破系统中，也有许多很有特色的设计，举例如下：中国地质大学采用M1专家系统为支撑，探索性研制了坑道工程爆破专家系统12；南京大学开发的边坡优势面分析专家系统，2000年之后我国爆破专家系统呈现出更加多元化的发展趋势，武汉科技大学的程良奎硕士利用传统专家系统的知识，在Delphi平台上实现了地下矿山中深孔爆破设计专家系统7；山东科技大学的魏海霞硕士利用Matlab平台搭建了梯段爆破灾害预测智能专家系统13，可以对爆破块度及震动情况进行预测；昆明理工大学的杨秋奎硕士通过ObjectARX接口，利用Visua

25、lC+实现了洞室爆破CAD系统14，具有很强的实际应用价值，未来我国的爆破系统将向着更智能、更简便、更实用的方向不断发展壮大。1.3 课题研究拟解决的问题通过本课题的研究，明确深孔梯段爆破相关的设计理论、设计方案、监测分析、网络布置、施工方案，并在此基础上，运用开发工具最终开发成一套水利水电工程梯段爆破设计系统。该系统应当具有一定的实用性，通过该系统可以独立设计出一套深孔梯段爆破方案，绘制相应的图表并输出报告，使用该系统可以实现爆破参数选取智能化、爆破设计成图自动化、设计图表规范化、数据管理系统化，提高生产爆破的设计质量与设计速度。1.4 本文研究内容与方法论文研究主要依据水利水电工程深孔梯段

26、爆破相关理论原理、设计规范、安全监测规范、爆破手册及典型爆破案例，以Microsoft Visual Studio.NET 2008中的Visual Basic 2008为基础平台，结合Microsoft Access 2007数据库工具、ActiveX Automation二次开发技术，设计开发出一套用于深孔梯段的爆破设计系统，该可视化系统的核心功能是通过输入初始设计变量等一系列参数，自动得到爆破设计所需的各种参数结果，同时可以绘制相应的台阶剖面图、网络布置图、装药结构图；该系统的辅助功能有用户管理、工程资料管理、爆破知识学习、数据库维护、辅助设计参数选取、设计报告输出打印、AutoCAD输

27、出等。1.4.1 主要研究内容本论文的主要研究内容如下：（1）深孔梯段爆破的爆破设计方法与爆破技术充分了解深孔梯段爆破的各项知识，其中包括：爆破原理、方法、技术，深孔梯段爆破设计规范、施工规范、安全监测规范，相关的施工工艺、步骤、工作流程等。与深孔梯段爆破相关的各种参数的选择与确定、公式的选择与确定，爆破监测数据的分析等内容。（2）相关编程工具的选择与学习目前可用于编程的工具纷繁复杂，选用一种快速、高效的工具往往可以达到事半功倍的效果，Microsoft Visual Studio.NET 2008作为最新一代的编程平台，拥有更高的智能度、稳定性，是用于软件开发的最好选择。预期使用的工具有Vi

28、sual Basic 2008、Access 2007，使用的编程技术有Visual Basic.NET语言、SQL（Structured Query Language）结构化查询语言、GDI+（Graphics Device Interface）增强型图形编程技术、ActiveX/VBA二次开发技术等，掌握其使用方法，特别是与本论文相关的图形编程技术、数据库技术，从而做好整套系统的架构与设计工作，亦是研究内容之一。（3）数据库模块的设计与实现作为整套系统最基础的支持部分，数据库模块起到了维系系统运转、连接系统部件功能的重要作用，因此，该模块的设计是十分重要的。整套系统大致包含三套数据库系统，

29、分别是存储用户敏感资料的信息库、存储爆破设计学习相关资料的知识库、存储爆破工程相关设计管理内容的工程库。知识库负责存储与爆破设计、学习相关的所有内容，包括：岩石性质、岩石分类、单位耗药量参考、炸药性质、参数计算说明等一系列内容，在爆破设计的时候可以提供选择参考。工程模块负责存储工程实例，管理当前工程项目，其中的工程实例能够为设计人员提供对比参考，对于当前工程项目的管理，重在整理整合，提高工作效率。三者互相独立又可以相互沟通，共同支撑起整套系统的运转，本次研究的一个重点就在于对于如何设计以及如何实现数据库模块。（4）深孔梯段爆破设计模块的设计与实现作为整套系统的核心模块，该模块的研究预期将实现以

30、下三种功能。参数设计阶段，通过输入初始设计变量等一系列参数，即可自动得到爆破设计所需的各种结果，如果设计人员对某一参数不满意，可以随时根据参考值、推荐值进行调整，其中数据库模块将全程为设计服务，如在初始变量输入时进行提醒、选择、修正。在参数设计完毕后，将转入内置的小型CAD系统，将参数转变为爆破网络图，设计人员可以直观地了解到目前的设计情况，以便随时进行调整。在爆破网络图设计完成后，内置CAD系统还可以进行相关图纸的绘制，如剖面图、装药结构图等，最后可以选择输出至AutoCAD进一步编辑，或是直接打印。在参数设计与网络设计完毕后，可以将之前的设计结果以报告的形式进行输出、打印，或是存入数据库之

31、中。（5）工程实例应用选取目前正在进行中的西安市李家河水库工程右岸坝肩爆破工程实例，运用该系统进行辅助设计，并将设计数据与实际运用中的数据相互对比，以考评整套系统是否稳定、可行、可靠。1.4.2 研究方法与技术路线综合上述研究背景、研究内容等方面的论述，以深孔梯段爆破原理、设计规范等为技术指导，运用Access 2007数据库技术，以Visual Basic 2008为程序设计平台，开发出一套用于水利水电工程深孔梯段爆破的系统。论文的研究方法如下：1）通过分析和研究深孔梯段爆破设计原理与施工方法，得出深孔梯段爆破设计中所涉及的参数、公式，以及公式运用条件、参数选择范围等；2）按照深孔梯段爆破设

32、计系统所要实现的功能和所涉及的参数，确定系统架构、功能组成、模块架构、系统流程图、功能流程图；3）结合Access 2007，运用Visual Basic 2008增强的数据库开发功能，按照数据库设计的原理和方法，根据系统的实际需要，建立信息库、知识库、工程库三大数据库表，并根据实际内容划分模块中的分类；通过在Visual Basic 2008添加数据库控件，使用ADO.NET（ActiveX Data Objects）数据库访问接口实现与Access 2007数据库文件的连接，实时调用、保存数据库资料。4）运用Visual Basic 2008提供的新界面特性，结合其易学易用的特点，融入We

33、bUI（User Interface）思想，制作出界面友好、运行效率高的系统，在.net Framework 3.5的支持下，该程序可以获得更高的执行效率，同时拥有更加优秀的人机交互体验；5）运用Visual Basic 2008内置GDI+函数实现图形编程，将之应用于内置CAD系统中，用以绘制炮孔布置图、剖面图等；6）运用ActiveX Automation技术作为联结Visual Basic 2008和AutoCAD的工具，通过AutoCAD的二次开发，实现输出至AutoCAD等一系列功能。论文的展开思路如图1-1所示。绪 论深孔梯段爆破爆破理论爆破设计过程系统开发关键技术VB.NET程序

34、语言功能设计系统架构与设计系统实现数据库模块爆破参数设计模块爆破网络图设计模块知识库设计参考李家河水库工程实例应用结论与展望设计报告输出图1-1 论文展开思路Fig.1-1 Structure of thesis writing1.4.3 难点及创新点通过查阅大量资料，在对论文研究内容、研究方法做以分析之后，认为存在如下几个方面的难点：1）一套成熟的爆破系统研发需要约45年的时间，并且需要结合大量的工程应用不断地优化、调整，如何在短时间内设计出一套可以运用的爆破系统，前期的系统架构、模块规划就显得尤为重要。根据目前情况，将本次设计的专家系统划分为三大模块，即：数据库模块、爆破设计模块（包含参数

35、设计模块和网络图设计模块）、辅助功能模块，尽可能地包含一个完整工程爆破设计系统的所有内容，缩减一些不重要的功能，减少人工智能开发所占的比重，做到开发内容与开发能力的均衡；2）深孔梯段爆破设计施工方面知识的积累。想要开发出一套实用的工程爆破设计系统，首先本人就应该对所涉及的领域有较多的知识积累和实践经验，因为接触爆破时间不长，所以更应该广泛阅读有关书籍、工程资料，争取达到更为广泛、深厚的知识积累；3）图形编程。在进行本次开发工作之前，仅尝试过普通的面向对象的编程，对于图形开发也是停留在书本阶段，在系统规划之初，图形功能作为三大模块功能之一，有着相当的分量。因此，如何做好图形编程的深度问题，使之满

36、足应用的要求，也是难点之一，希望能够通过本次研究，认识并较为熟练地使用二维图形编程；4）AutoCAD二次开发工作。目前较为流行的AutoCAD二次开发工具有ObjectARX、AutoLISP、VBA等，在此之前从未接触过此类内容，本次也是在这一方面做了大胆尝试，选用了VBA技术进行二次开发，为了不影响整个系统的开发进度，将其重要性降低，仅作为报告输出部分的一个附属功能，负责执行图形输出工作，也希望借由此次研究机会，真正掌握AutoCAD二次开发的技术。同时，本文也有许多创新点，列举如下：1）通过查阅文献资料，针对水利水电工程施工的爆破系统相对较少，因此选择常用的深孔梯段爆破作为切入点，设计

37、开发出一套专用于水利水电工程的爆破设计系统；2）随着时代的发展、科技的进步，编程系统也在发展，以往的爆破设计系统，大多基于Visual Basic 6.0 工具开发而成，目前Windows 7已经逐渐成为主流操作系统，Office套件也已经发布2007版本，因此将Visual Studio 2008平台与Access 2007平台联结起来，用最新的技术，做大胆的尝试；3）提出了“三大模块”的系统架构思路，将系统的结构划分清晰，功能划分明确；4）提出了“数据库服务”的思想，模块之一的数据库将全程伴随，为设计和后处理提供知识平台，良好体现了人机交互的思想；5）突破传统设计思路，实现“反向设计”的思

38、想，即从爆破网络图入手，在参数调整过程中完成整个设计，这种所见即所得的设计方法，大大加快了设计速度，也更加直观可靠。2 深孔梯段爆破与监测梯段爆破是工作面以台阶形式推进的爆破方法。按孔径、孔深的不同，分为深孔梯段爆破和浅孔梯段爆破15，通常将孔径大于75mm，孔深大于5m的钻孔称为深孔2。深孔梯段爆破具有一次爆破方量大，破碎效果好，振动影响小等优点，因而世界上大部分岩石开挖都采用此方法，同时它也是我国水利工程坝基开挖的主要爆破方式1。本章将围绕深孔梯段爆破的爆破理论、爆破设计、爆破施工、爆破监测内容，从理论教材、规范标准、实践经验中加以整理、分析、总结，形成一整套知识体系。2.1 岩石爆破理论

39、从1613年爆破首先应用于Freisberg矿山开始，到20世纪80年代以来，爆破理论作为一个学科，已经经历了三个发展阶段2,16-18。本节将从爆炸应力波、岩石爆破破碎机理、影响爆破作用的因素共3个方面阐述爆破相关理论。2.1.1 爆炸应力波在空间以特定形式传播的物理量或物理量的扰动称为波，当炸药在土岩介质或其他固体介质中爆炸时，其冲击压力以波动形式向四外传播，这种激起的应力扰动或应变扰动的传播称为爆炸应力波19。如果按照传播途径来分，可以将应力波分为两类19,20：表面波与体积波。表面波指沿着介质表面传播的应力波，体积波指在介质内部传播的应力波，如果进一步细分，又可按照波的传播方向和质点运

40、动方向的关系将体积波分为纵波和横波。纵波质点运动示意图如图2-1，其特点是波的传播方向与介质质点运动方向一致，由于纵波传播垂直应力，在传播过程中引起压缩和拉伸变形，它是爆破时造成岩石破裂的重要原因；横波质点运动示意图如图2-2，其特点是波的传播方向与介质质点运动方向垂直，在传播过程中会引起介质产生剪切变形。传播方向波前传播方向质点振动方向膨胀区压缩区 图2-1 纵波传播过程中质点振动示意图2 图2-2 横波传播过程中质点振动示意图2Fig.2-1 Particle vibration along longitudinal wave2 Fig.2-2 Particle vibration alo

41、ng horizontal wave2 2.1.1.1 爆炸应力波的传播形式炸药包爆炸所产生的应力波，在介质中的传播形式及其能量的分配是不同的20。根据波的性质、形状和作用性质的不同，可将应力波的传播过程分为3个作用区，在靠近爆源37倍药包半径的距离内，以冲击波的形式出现，占爆炸能量的60%以上，冲击波的强度极大，波峰压力一般都大大超过岩石的动抗压强度，故使岩石产生塑性变形或粉碎；在距爆源120150倍药包半径的距离内，以压缩波的形式出现，占爆炸能量的30%以上，由于应力波的作用，岩石处于非弹性状态，在岩石中产生变形，可导致岩石的破坏或残余变形，该区称为应力波作用区或压缩应力波作用区；直到距爆

42、源超过药包半径150倍的距离后，才以地震波的形式出现，只占爆炸能量的10%左右，此时波的作用只能引起岩石质点做弹性振动，而不能使岩石产生破坏，故此区称为弹性振动区21。应力波的传播形式及其作用范围如图2-3。120150r37r150r压缩波冲击波地震波爆源图2-3 爆炸应力波在介质中的传播形式及作用范围1Fig.2-3 Spread and scope of dynamic failure in medium2.1.1.2 波动方程设有一平面余弦行波，沿X轴的正向传播，波速为u，取O作为计算坐标的原点，x表示各质点在波线上的平衡位置，y表示振动位移，则质点的振动方程为20： （2.1）式中：

43、A 振幅； 频率；y 距离坐标原点X处质点在时刻的位移。（1）平面波波动方程由式2-1分别对t和x求二阶偏微分，可得： （2.2） （2.3）比较上式可得： （2.4）由于是在平面假设的前提下推导而得，故式2.4称为平面波波动方程22，如果将式2.4置于三维空间中，增加y与z方向的向量，则能够推导出通用的波动方程： （2.5）式中，为位移，该式常称为通用波动方程15。（2）球面波波动方程如果将式2.5的三维向量坐标转化为球坐标，由于球面波在各方向上的传播都是相同的，所以可得下式20： （2.6）式2.6即为球面波波动方程，其中r为任意方向上距离中心波源的距离。2.1.1.3 爆炸应力波的传播速

44、度在研究爆炸应力波传播的过程时，必须研究应力波传播时所引起的应力以及应力波本身的传播速度和应力波传播过程中所引起的质点振动速度，这两种速度在数量上存在着一定的关系22。弹性介质中的应力波传播速度取决于介质密度、弹性模量等。在无限介质的三维传播情况下，其纵波和横波的传播速度为： （2.7） （2.8）式中：E 介质的弹性模量，kPa； 介质的泊松比；G 介质的剪切模量，kPa。岩石中的应力波速度除与岩石密度、弹性模量有关外，尚与岩石结构、构造特性有关。工程上一般通过实测得出岩石的纵波和横波传播速度。2.1.2 爆破破碎机理破碎岩石时炸药能量以两种形式释放出来，一种是冲击波，一种是爆炸气体。但是，

45、岩石破碎的主要原因究竟是哪种能量作用的结果，亦或是二者共同作用的结果，有许多学者提出了自己的理论，其中有三种主导理论17,18：（1）冲击波拉伸破坏理论该理论认为，药包在岩石中爆炸后，所激起的爆炸应力波对周围的岩石造成了猛烈冲击，并由此引起了岩石的破碎，其中由纵波引起的压缩和拉伸变形，是造成岩石破碎的主要原因。爆炸应力波在传播过程中，虽然会有所衰减，但是由于反射波的叠加作用，仍然足以拉裂破碎范围内的所有岩石。在整个过程中，爆炸气体只是起到了辅助破碎的作用。（2）爆炸气体膨胀压理论该理论认为，爆炸发生后产生的高温、高压气体，才是影响岩石破碎的主要原因。因为这些气体作用于岩壁之上，其膨胀推力是不可忽视的，并由此引起岩石产生剪切应力，从而发生破裂。但是这种理论有一个明显的缺点，由于爆炸冲击波的能量及作用已被广泛认可，该理论忽略了冲击波的作用显然是不妥的。另外，如果是裸露情况下的爆破，此时爆破产生的气体大都扩散到大气中去了，并没有对大块破碎起什么作用，这就充分说明岩石破碎不能单独由爆炸气体来完成。（3）冲击波和爆炸气体综合作用理论该理论认为，致使岩石的破碎的原因不单是冲击波或爆炸气体作用的结果，而是在二者的综合作用下所导致的。其中冲击波的作用主要是使岩石产生裂隙，爆炸气体的作用是将已经产生的裂隙扩大化并相互贯通，进而