分析：

該模型的應(yīng)力強(qiáng)度因子為:K1 = Fq ( t) π( a + R) (1)

式中: a —單邊裂紋長度; F —影響系數(shù)。

隨著裂紋的不斷擴(kuò)展, 圓孔的影響程度越來越小, 上述模型可簡化為裂紋表面受均布荷載的斷裂模型。

該模型的應(yīng)力強(qiáng)度因子為:K1 =2q( t)ππ( a + R) ·sin- 1 -Ra + R(2)

隨著裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展, 此時可將分布力看成集中力。

該模型的應(yīng)力強(qiáng)度因子為:K1 = 2q( t)π( a + R)(3)

當(dāng)取R = 20mm 時, 式(1) 、(2) 、(3) 的變化:

當(dāng)a ≥2 R 時, 式(1) 、(2)與式(3) 的誤差均分別小于5 % , 故可用(2) 、(3) 式代替(1) 式計算應(yīng)力強(qiáng)度因子。

此時, 圓孔影響已很小, 可將受內(nèi)壓的圓孔雙邊裂紋看成表面受均布荷載的直線裂紋, 進(jìn)一步可簡化為受集中力, 應(yīng)力強(qiáng)度因子:K1 = 2 2 Rq ( t)W sin 2π( a + R)W(4)

隨著膨脹力的增加, 裂紋擴(kuò)展的速度繼續(xù)變化, 在這個過程中, 根據(jù)斷裂判據(jù)應(yīng)有: K1 =K1c , 所以, a ≥2 R 時, 裂紋擴(kuò)展條件為:

K1c =2q( t)π Wtanπ( a + R)Wsin- 1sinπRWsinπ( a + R)W(5)

也即:K1c = 2 2 Rq ( t)W sin 2π( a + R)W(6)

式中K1c為巖石的斷裂韌性, 可由實(shí)驗(yàn)測定。

取R = 20mm、W = 400mm , 由(5) 、(6) 式計算出的膨脹力與裂紋長度的關(guān)系。

在a + R ≤W4 的范圍內(nèi), 隨著裂紋長度a 的增加, 所需膨脹力q也增大。也就是說, 對應(yīng)一定的膨脹壓力, 裂紋僅能擴(kuò)展一定距離, 若要進(jìn)一步使裂紋擴(kuò)展, 必須不斷增大膨脹壓力, 這就是靜態(tài)破碎所需膨脹壓力遠(yuǎn)大于巖石抗拉強(qiáng)度的原因。

巖石和混凝土都是脆性材料, 一般巖石的抗拉強(qiáng)度約為5～10MPa ; 混凝土的抗拉強(qiáng)度約為2～6MPa , 而靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的壓力為40MPa 以上。因此, 只要合理的選擇鉆孔參數(shù), 就能較容易的破碎混凝土和各種巖石。

在實(shí)際工程中, 通常采用同一種孔徑、同一藥劑, 同時裝藥。也就是說, 在任何時刻, 兩炮孔參數(shù)及作用效果是一致的。

為了取得較大的σ值, 以促進(jìn)裂紋的發(fā)展, 應(yīng)盡可能增大孔徑并縮小孔眼間距。當(dāng)有許多孔眼以等間距成排布置時, 被破碎體所受應(yīng)力會得到加強(qiáng), 在各孔眼之間就會呈現(xiàn)最大的壓應(yīng)力和拉應(yīng)力。由于孔眼軸心面上的拉應(yīng)力的疊加, 使軸心面上的孔壁處的拉應(yīng)力值最大, 并最先達(dá)到被破碎體的抗拉強(qiáng)度, 于是就會在孔眼軸心面的孔壁面處,最先開始產(chǎn)生徑向裂紋, 隨著膨脹壓力的增大, 裂紋逐漸加大加深。

當(dāng)破碎劑充填孔與孔之間的距離適當(dāng)時, 由相鄰的孔產(chǎn)生的裂縫以互相連接的形式發(fā)展。如果適當(dāng)?shù)卦O(shè)計鉆孔間距和鉆孔角度, 則可以對自由面條件較差的巖體進(jìn)行有計劃的破碎

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