DOI： 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.05.018
空孔作用下定向涨裂破岩试验研究
崔松，刘送永，黄举
(中国矿业大学 机电工程学院，江苏 徐州，221116)
摘要：为了深入研究空孔作用下岩石定向涨裂机理，开展不同空孔距离及数量下的定向涨裂破岩试验，分析对岩石裂纹扩展及涨裂压力的影响规律。研究结果表明：空孔存在时可定向引导涨裂裂纹扩展并明显减小涨裂压力；随着空孔距离增大，空孔定向引导裂纹方向能力越来越差，最大涨裂压力逐渐增大，当空孔距离由200 mm增至250 mm时，最大涨裂压力的最大变化率为13.8%；随着空孔数量增加，主裂纹线性增加，但裂纹扩展方向线性度越来越差，最大涨裂压力逐渐减小，当空孔数量由2个增至3个时，最大涨裂压力的最大变化率为16.3%。通过试验直接证明了空孔定向涨裂破岩的可行性。
关键词：涨裂破岩；空孔效应；定向破岩；裂纹扩展；涨裂压力
中图分类号：TD42 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)
文章编号：1672-7207（2021）05-1570-11
Experimental research on directional fracturing and rock breaking under action of holes
CUI Song, LIU Songyong, HUANG Ju
(School of Mechatronic Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China)
Abstract: In order to study the mechanism of directional fracturing and rock breaking under the action of holes, the experiments of rock directional fracturing at different distances and quantities of holes were carried out, the influence rules of rock crack propagation and fracturing pressure were summarized and analyzed. The results show that holes can guide the crack propagation and reduce fracturing pressure. With the increase of the holes distance, the ability of the hole to guide the crack direction becomes worse, and the maximum fracturing pressure gradually increases. When the distance of the holes increases from 200 mm to 250 mm, the maximum fracturing pressure change rate is 13.8%. With the increase of the number of holes, the main crack increased linearly, but the linearity of crack propagation direction became worse and worse, and the maximum fracturing pressure gradually decreased. When the number of holes increases from 2 to 3, the maximum fracturing pressure change rate is 16.3%. The feasibility of directional fracturing and rock breaking under the action of holes is verified by experiments.
Key words: rock fracturing; holes effect; directional rock breaking; crack propagation; fracturing pressure
随着我国基础工程建设及岩石巷道掘进的快速推进，越来越多工程新建于岩土敏感区域，例如：在城市密集建筑物周围新建地铁等大规模地下空间、在深部进行岩石巷道掘进、在特殊地质构造岩土区域施工等，若采用常规破岩方法，均会对既有岩土区域造成较大扰动，产生难以预估的破坏，影响施工进度[1-4]。
为了在特殊条件下构建符合要求的岩石巷道断面或空间结构，利用空孔应力集中效应来辅助定向破碎岩石，国内外进行了相关的数值模拟及试验研究工作，研究人员认为，空孔的存在打破围岩应力平衡状态，对裂纹扩展产生一定影响[5-7]。张召冉等[8]分析了空孔及裂纹在爆炸载荷条件下的变化及扩展规律，研究发现，裂纹优先沿炮孔与预钻空孔连线方向扩展，说明预钻空孔可有效引导裂纹扩展方向。LI等[9]研究了空孔参数对岩样破坏过程中不同时刻最大应力、变形特征的影响。杨仁树等[10]研究了不同空孔参数条件下爆生裂纹的扩展方向、速度及裂纹尖端应力强度因子随时间变化规律，研究发现，空孔对裂纹的导向能力随空孔与炮孔之间距离的增大而减小。李启月等[11]对钻爆时单空孔效应数值模型进行优化，研究了空孔效应及岩石破坏规律，结果表明，空孔应力集中效应与炮孔半径成正比，与空孔间距成反比。ARSHADNEJAD等[12-13]根据实测数据和模拟数据，建立了半解析和实验模型，研究空孔直径及间距对岩石裂纹扩展规律的影响。HAN等[14]基于FEM-CZM数值方法研究了含裂隙孔类岩石剪切行为，其中空孔形状、角度对裂纹的萌生、扩展、合并具有重要影响。YANG等[15]对具有圆孔的试件进行了单轴压缩试验，并建立了含圆孔岩石试样DEM模型，模型可以很好地描述圆孔周围的应力状态。从上述研究可以看出，空孔可有效弱化岩石强度，定向引导裂纹扩展，同时空孔布置参数对裂纹扩展规律为本文研究提供了参考和借鉴。但在实际应用中，利用空孔应力集中效应，采用常规爆破类方法进行定向破岩时，爆破能量不易控，爆破时会产生飞石、有害气体及粉尘，且巷道成形差、机械化程度低[16]。在特殊地质条件下采用液力涨裂定向破岩具有可行性，但相关液力涨裂定向破岩机理研究不够深入，不同工作参数对破岩效果影响研究结果匮乏，因此，利用岩石抗压强度远大于抗拉强度的物理特性(抗压强度为抗拉强度的8~10倍)，提出在空孔应力集中效应作用下的液力定向涨裂破岩技术，为深入分析空孔作用下岩石定向涨裂机理提供基础。液力涨裂破岩技术原理为：利用高压油泵向驱动油缸供给高压油，驱使中间楔块向外移动，压迫中间楔块两侧翼片沿径向移动，最后，利用岩石抗拉能力远小于抗压能力的特点使岩石产生裂纹并破碎。
本文作者在理论研究的基础上，对空孔存在条件下，液力涨裂岩石时裂纹扩展机理及涨裂压力规律进行分析，为定向破碎岩石及相似工程问题提供指导。
1 空孔效应理论
为了探究空孔存在下岩石应力分布状态与传播过程，假设岩体中存在涨裂孔与空孔，则空孔效应力学模型如图1所示。分析空孔周围应力分布状态可以得到，当岩体中计算点与空孔圆心距离为5倍空孔直径时，计算点处切向应力和径向应力相比原岩石应力仅改变1%，因此，认为空孔效应的影响范围约为空孔直径的5倍[17-18]。同时，由于空孔的存在，涨裂孔周围岩石产生的压缩应力波在传播过程中，应力幅值和能量会随着传播距离增加而不断降低，岩石中任一点应力波峰值为[19]
图1 空孔效应的力学模型
Fig.1 Mechanical model of holes effect
(1)
式中：
为岩石中任意一点涨裂径向应力，MPa；
为岩石中任意一点涨裂切向应力，MPa；p为岩石起裂时作用于孔壁的初始压力，MPa；R0为涨裂孔半径，mm；RA为岩石中计算点距涨裂孔圆心距离，mm；
为应力波衰减系数，
；
为岩石泊松比；
为动态侧应力系数，
。
当压缩应力波传播到空孔B时，空孔B附近应力状态可由式(2)表示：
(2)
式中：
为空孔周围岩石中某一点径向应力，MPa；
为空孔周围岩石中某点切向应力，MPa；
为空孔周围岩石中某点剪切应力，MPa；
为空孔半径，mm；
为岩石中任意一点距空孔中心距离，mm；
为岩石中某点到涨裂孔中心连线与涨裂孔和空孔连线之间的夹角。
当岩石中的任意一点在空孔圆周上，即R1=RB，k=1时，将此边界条件代入到式(2)中得
(3)
对式(3)求
，并令
，可得θ=0或±π时，有极大值，θ=±π/2时，有极小值，即：
(4)
式中：L为空孔与涨裂孔圆心之间的距离，mm。
由式(4)可知：空孔与涨裂孔圆心连线上切向应力最大，即最大拉应力出现在空孔与涨裂孔圆心连线上，且随着空孔与涨裂孔中心连线距离L增大，切向应力越小。
2 空孔作用下定向涨裂破岩试验
液力涨裂破岩过程如图2所示。
图2 液力涨裂破岩过程
Fig. 2 Rock breaking process by hydraulic fracturing
液力涨裂破岩试验系统如图3所示。试验系统主要由电力控制系统、测试系统、围压系统和涨裂系统组成，试验中采用的液力涨裂器涨裂力最大为800 N，工作压力为60 MPa，满足本试验要求[20]。
图3 液力涨裂破岩试验台组成
Fig. 3 Composition of hydraulic fracturing and rock breaking test bench
实验中岩样选用典型青石，按照GB/T 50266—2013“工程岩体试验标准”，利用岩芯钻机对青石钻取测试岩样，采用CSS万能试验机系统对青石样本进行力学特性测试，取3次测试结果求出平均值。青石力学性能如表1所示。
表1 青石试样力学性能
Table 1 Mechanical properties of bluestone samples
试验中选取的青石长×宽×高为800 mm×800 mm×600 mm，利用围压架在岩石水平方向4个侧面均施加4 MPa的围压，涨裂孔位于岩石上表面几何中心位置，直径×深度为45 mm×350 mm。
3 实验结果与分析
3.1 空孔效应验证
为验证空孔效应的有效性，首先对有无空孔情况下岩石破碎效果进行分析，有无空孔的涨裂效果对比如图4所示。从图4(a)可以看出：岩石裂纹不沿垂直于分裂方向扩展，而沿水平方向扩展，这是由于岩石承受外部围压力作用，而且沿对角线方向涨裂岩石体积较大，因此分裂方向不能主导岩石裂纹扩展方向，裂纹倾向于沿着最小阻力方向扩展，即水平方向；从图4(b)可以看出：在空孔效应范围内沿对角线方向预制1个空孔，在空孔效应作用下裂纹沿对角线方向从涨裂孔扩展到空孔，并贯穿空孔呈近似直线继续扩展，对比图4(a)明显看出，空孔能较好地引导裂纹扩展方向，裂纹和涨裂孔与空孔圆心之间的连线基本重合，说明涨裂孔与空孔圆心之间连线上附近的岩石所受拉应力最大，达到了岩石抗拉强度并产生裂纹，而且在涨裂孔另一侧无空孔区域，受空孔效应影响，裂纹从涨裂孔先直线扩展一段距离，然后裂纹扩展方向发生明显转变，进一步对比说明空孔能较好地引导并传播裂纹。因此，通过上述对比分析验证了空孔效应，说明空孔效应下的定向涨裂破岩是可行的。
为进一步验证空孔效应有效性，对有无空孔情况下岩石涨裂压力变化曲线进行分析，有无空孔涨裂压力曲线对比如图5所示。由图5可知：有空孔与无空孔情况下涨裂压力曲线随时间变化趋势基本相同，即均含有岩石起裂阶段AG、瞬间泄压阶段GB、岩石分离阶段BC、回油阶段CD以及跃进式破碎区，但2种压力曲线变化状态有明显区别。相较于无空孔情况下涨裂压力曲线，有空孔情况下起裂阶段曲线上升趋势较快，而且对应起裂点的压力也有明显区别，有空孔与无空孔情况下岩石起裂压力分别为36.4 MPa和46.9 MPa，两者相差28.8%，这说明预制空孔辅助破岩使涨裂破岩作业更易进行，并且很大程度上降低了所需涨裂压力，从而增大了涨裂破岩作用范围。因此，通过有效性验证，可认为空孔效应下的定向涨裂破岩是可行的。
图4 有无空孔的涨裂效果对比
Fig. 4 Comparison of effect of fracturing with and without holes
图5 有无空孔涨裂压力曲线对比
Fig. 5 Comparison of fracturing pressure curves with and without holes
3.2 空孔距离对破岩性能影响
为研究涨裂孔与空孔之间间距变化对涨裂破岩效果的影响，基于空孔作用下的岩石应力分布模型，在岩石对角线上布置与涨裂孔间距分别为150，200，250和300 mm的空孔，研究空孔距离在5倍空孔效应范围之内、范围边界处和范围之外情况下对涨裂破岩效果的影响，同时保持空孔和涨裂孔尺寸相同。
按照涨裂孔与空孔之间距离从小到大的顺序进行涨裂破岩作业，孔距离对涨裂破岩效果影响如图6所示。由图6可知：在岩石无空孔一侧，岩石裂纹均有向水平方向扩展的趋势，其中前两种空孔距离的岩石裂纹先沿对角线方向直线扩展一段距离，且150 mm空孔距离的岩石裂纹直线扩展的距离相对较长，然后向水平方向扩展；后两种空孔距离的岩石裂纹从涨裂孔逐渐向水平方向扩展。在岩石有空孔一侧，岩石裂纹基本均从涨裂孔扩展到空孔，只是随着空孔距离增大，岩石裂纹线性度越来越差；岩石裂纹贯穿空孔后并不是沿着原路径继续扩展，空孔距离为150 mm的岩石裂纹先是沿着原路径直线扩展了一段距离，然后趋于向水平方向扩展，而随着空孔距离增大，后三种空孔距离的岩石裂纹向竖直方向扩展趋势逐渐明显，说明空孔距离为300 mm左右时不能引导裂纹较好的定向扩展。上述现象的原因是，随着涨裂孔与空孔之间距离增大，涨裂孔与空孔之间圆心连线上岩石所受拉应力逐渐减小，空孔效应减弱，致使空孔引导和传播裂纹能力逐渐降低，以至于不能准确完成定向涨裂破岩。
图6 不同空孔距离岩石涨裂效果
Fig. 6 Effect of rock fracturing with different distances of holes
为进一步分析空孔距离对涨裂破岩效果影响，从岩石涨裂压力变化规律分析，不同空孔距离岩石涨裂压力变化曲线如图7所示。从图7可知：不同空孔距离岩石涨裂压力曲线随时间变化趋势基本相同。但随着空孔距离增大，最大涨裂压力逐渐增大，最大涨裂压力分别为36.4 MPa(G1点)、38.3 MPa(G2点)、43.6 MPa(G3点)和44.7 MPa(G4点)；相较于空孔距离为150 mm的涨裂压力曲线，其余3种空孔距离压力曲线在起裂阶段中曲线上升幅度较小，特别是空孔距离为250 mm和300 mm时更为明显，这说明空孔距离增大使涨裂集聚能量时间变长，涨裂难度增加。上述原因是因为空孔效应理论影响范围为5倍空孔直径，随着涨裂孔与空孔之间距离增大，空孔作用下的应力集中现象逐渐减小，甚至可以忽略不计，同时，由于涨裂孔与空孔之间圆心连线上岩石所受拉应力逐渐减小，为了破碎具有相同力学性能的岩石，涨裂器需加载更高的涨裂压力，致使涨裂破岩难度增加，因此，最大涨裂压力会随着空孔距离增大而逐渐增大，起裂阶段中压力曲线上升逐渐变得平缓。
图7 不同空孔距离岩石涨裂压力变化曲线
Fig. 7 Variation curve of rock fracturing pressure with different distances of holes
为了进一步分析不同空孔距离对岩石涨裂效果影响，对其最大涨裂压力进行对比分析，不同空孔距离岩石涨裂压力变化规律如图8所示。从图8可知：随着空孔距离增加，岩石最大涨裂压力不断增大，特别是在空孔距离从200 mm增加到250 mm时，涨裂压力增加幅度比较明显。定义涨裂压力变化率η为
(5)
式中：pn+1和pn分别为第n+1次和第n次试验的最大涨裂压力。
空孔距离150，200，250和300 mm时的最大涨裂压力分别为36.4，38.3，43.6和44.9 MPa，则空孔距离为200，250和300 mm时涨裂压力变化率分别为5.2%，13.8%和3.0%。从图8可以看出：随着空孔距离均匀增大，涨裂压力变化率先增大后减小，其中当空孔距离从200 mm增加至250 mm时，涨裂压力变化率较大，而当空孔距离从250 mm增加至300 mm时，涨裂压力变化率减小。根据空孔效应理论分析得到，空孔效应随着空孔与涨裂孔之间距离的增大而逐渐减小，致使涨裂破岩难度逐渐增大，故所需涨裂压力逐渐增大；由于空孔效应影响范围约为5倍空孔直径，为225 mm，当空孔距离为250 mm和300 mm时已超出空孔效应影响范围，故空孔距离从200 mm增大到250 mm时最大涨裂压力变化率较大，而空孔距离从250 mm增大到300 mm时，最大涨裂压力变化率较小。
图8 不同空孔距离岩石涨裂压力变化规律
Fig. 8 Variation law of rock fracturing pressure with different distances of holes
3.3 空孔数量对破岩性能影响
为研究空孔数量对涨裂破岩效果的影响，试验中所用青石尺寸、围压加载方式和大小、涨裂孔与空孔尺寸均保持不变。涨裂孔位于岩石上侧面中心位置，空孔布置在岩石对角线上，通过改变空孔数量来研究对涨裂破岩效果的影响，其中涨裂孔和不同空孔之间距离均在空孔效应范围内，即为150 mm。
按照空孔数量从少到多顺序进行涨裂破岩试验，分析空孔数量对涨裂破岩效果的影响，结果如图9所示。对比图9(a)和(b)可知：图9(b)中空孔沿同一对角线布置在涨裂孔两侧，虽然2种分裂方向不同，但裂纹均从涨裂孔扩展到空孔，并越过空孔继续延伸，同时出现一条从涨裂孔近似水平扩展的次裂纹，因此空孔弱化了分裂方向主导裂纹扩展方向的能力；在图9(a)无空孔一侧，岩石裂纹先沿对角线方向直线扩展了一段距离，之后由于空孔效应减弱，岩石裂纹沿着阻力最小的方向扩展，于是裂纹向水平方向发生转折，在有空孔一侧，由于空孔的存在，裂纹直接贯穿空孔并继续延伸，且裂纹线性度较高，进一步说明空孔对岩石裂纹有较好的引导能力；相比图9(a)中裂纹线性度，图9(b)中裂纹线性度较差，说明沿着垂直涨裂孔和空孔之间连线方向进行分裂岩石，岩石定向破碎效果更好。
图9 不同空孔数量岩石涨裂效果
Fig. 9 Effect of rock fracturing with different number of holes
对比图9(b)和(c)，图9(c)中，在岩石另一条对角线上布置1个空孔，在分裂方向相同的情况下，出现从涨裂孔向3个空孔扩展的3条主裂纹，其中在岩石下半部分从涨裂孔扩展到空孔的2条主裂纹与竖直方向夹角分别均小于45°，原因有2方面：一是由于下半部分2个空孔应力叠加作用的影响，使裂纹发展有向另一个空孔扩展的趋势；二是受分裂方向影响，分裂方向的确定直接决定了非接触区域范围，即拉应力区范围，所以分裂方向在一定程度上对裂纹扩展存在影响。
对比图9(c)和(d)，在岩石2条对角线上均布置2个空孔，在分裂方向相同的情况下，岩石出现从涨裂孔向4个空孔扩展的4条主裂纹，但裂纹仅从空孔圆周贯穿岩石，岩石定向涨裂破碎效果相对较差，如图9(d)所示，每条裂纹扩展方向与竖直方向夹角均小于45°，与图9(c)中裂纹扩展的原因相同。总体可知，空孔对岩石裂纹发育和引导具有重要作用，随着空孔数量增加，岩石损伤程度越明显，岩石裂纹越多；岩石裂纹扩展情况受空孔位置参数和分裂方向共同影响，涨裂孔与空孔中心连线和垂直分裂方向之间夹角越小，岩石定向破碎效果越好，应小于45°。
为进一步分析空孔数量对涨裂破岩效果影响，对岩石涨裂压力的变化规律分析，结果如图10所示。从图10可知，不同空孔数量岩石涨裂压力曲线随时间的变化趋势基本相同。随着空孔数量增多，空孔附近应力集中现象越来越明显，因此不同空孔数量时最大涨裂压力逐渐减小，最大涨裂压力分别为36.4 MPa(G1点)、33.7 MPa(G2点)、28.2 MPa(G3点)和25.4 MPa(G4点)；相较于2个空孔数量的岩石涨裂压力曲线，其余3种空孔数量的压力曲线只有1个明显的峰值压力，当涨裂压力达到次裂纹起裂压力后，产生裂纹空隙，涨裂压力短暂下降后又迅速升高至岩石主裂纹起裂压力，完成涨裂破岩作业，其中，g点和G点对应的起裂压力分别为32.1 MPa和33.7 MPa，两者压力变化率为4.9%。
图10 不同空孔数量岩石涨裂压力变化曲线
Fig. 10 Variation curve of rock fracturing pressure with different number of holes
为进一步定量分析不同空孔数量对岩石涨裂效果影响，从而完善空孔辅助涨裂破岩机理，对其最大涨裂压力进行对比分析，如图11所示。从图11可得：随着空孔数量增加，岩石最大涨裂压力不断减小，最大涨裂压力变化率先增大后减小，特别是空孔数量从2个增加到3个时，涨裂压力变化率较大，而空孔数量从1个增加到2个时，涨裂压力变化率较小。原因是空孔作用下的应力集中现象随着空孔数量增多越来越明显，且空孔的存在相当于在岩体中增加了自由面，自由面效应的存在使涨裂破岩难度变小，所以涨裂压力随空孔数量增多而逐渐减小；空孔效应影响范围约为5倍空孔直径，当岩石存在2个空孔且为对角线布置时，空孔之间应力集中现象互不影响，当岩石存在3个空孔时，空孔之间的距离在空孔效应影响范围内，因此，空孔之间的应力集中相互叠加，故空孔数量从2个增加到3个时，最大涨裂压力变化较大。
图11 不同空孔数量岩石涨裂压力变化规律
Fig. 11 Variation law of rock fracturing pressure with different number of holes
4 结论
1) 通过比较分析有无空孔涨裂破岩试验过程中岩石裂纹扩展状态、涨裂压力以及涨裂压力曲线，结果表明空孔可以有效引导裂纹定向扩展及减小涨裂压力。
2) 随着涨裂孔与空孔之间距离增大，涨裂孔和空孔之间裂纹线性度越来越差，裂纹贯穿空孔后偏离原路径趋势明显；最大涨裂压力与涨裂压力变化率逐渐增大，当空孔距离从200 mm增加到250 mm时，最大涨裂压力增加较大，在空孔效应范围内能较好降低涨裂难度。
3) 随空孔数量线性增加，主裂纹数量增加，但空孔数量越多，线性度越差；最大涨裂压力逐渐降低，但涨裂压力变化率逐渐增加，当空孔数量从2个增加到3个时，涨裂压力变化幅度较大，当空孔数量从3个增加到4个时，涨裂压力增加相对平缓，说明空孔对涨裂破岩有着促进作用，但并不是随着空孔数量增多效果就越好。
参考文献：
[1] 王梦恕. 中国隧道及地下工程修建技术[M]. 北京: 人民交通出版社, 2010: 237-270.
WANG Mengshu. Tunnelling and underground engineering technology in China[M]. Beijing: China Communications Press, 2010: 237-270.
[2] 王海涛, 金慧, 贾金青, 等. 地铁隧道钻爆法施工对邻近埋地管道影响的模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2018, 37(S1): 3332-3339.
WANG Haitao, JIN Hui, JIA Jinqing, et al. Model test study on the influence of subway tunnel drilling and blasting method on adjacent buried pipeline[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2018, 37(S1): 3332-3339.
[3] 何满潮, 郭鹏飞, 张晓虎, 等. 基于双向聚能拉张爆破理论的巷道顶板定向预裂[J]. 爆炸与冲击, 2018, 38(4):795-803.
HE Manchao, GUO Pengfei, ZHANG Xiaohu, et al. Directional pre-splitting of roadway roof based on the theory of bilateral cumulative tensile explosion[J]. Explosion and Shock Waves, 2018, 38(4): 795-803.
[4] 管晓明, 张良, 王利民, 等. 隧道近距下穿管线的爆破振动特征及安全标准[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2019, 50(11): 2870-2885.
GUAN Xiaoming, ZHANG Liang, WANG Limin, et al. Blasting vibration characteristics and safety standard of pipeline passed down by tunnel in short distance[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2019, 50(11): 2870-2885.
[5] 谢晓锋, 李夕兵, 李启月, 等. 液态CO2相变破岩桩井开挖技术[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2018, 49(8): 2031-2038.
XIE Xiaofeng, LI Xibing, LI Qiyue, et al. Liquid CO2 phase-transforming rock fracturing technology in pile-well excavation[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2018, 49(8): 2031-2038.
[6] YAN Yu, HOU Xiaomeng, FEI Honglu. Review of predicting the blast-induced ground vibrations to reduce impacts on ambient urban communities[J]. Journal of Cleaner Production, 2020, 260: 121135.
[7] 杨仁树, 许鹏, 岳中文, 等. 圆孔缺陷与I型运动裂纹相互作用的试验研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(6): 1597-1602.
YANG Renshu, XU Peng, YUE Zhongwen, et al. Laboratory study of interaction between a circular hole defect and mode I moving crack[J]. Rock and Soil Mechanics, 2016, 37(6): 1597-1602.
[8] 张召冉, 左进京, 郭义先. 爆炸载荷下空孔缺陷与爆生裂纹扩展行为研究[J]. 振动与冲击, 2020, 39(3): 111-119.
ZHANG Zhaoran, ZUO Jinjing, GUO Yixian. Crack propagation behavior of empty hole defects under blast load[J]. Journal of Vibration and Shock, 2020, 39(3): 111-119.
[9] LI Xibing, WU Qiuhong, TAO Ming, et al. Dynamic Brazilian splitting test of ring-shaped specimens with different hole diameters[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2016, 49(10): 4143-4151.
[10] 杨仁树, 陈程, 王煦, 等. 不同直径空孔对爆生裂纹扩展行为影响规律的实验研究[J]. 煤炭学报, 2017, 42(10): 2498-2503.
YANG Renshu, CHEN Cheng, WANG Xu, et al. Experimental investigation on the influence of different diameter empty holes on the crack growth behavior of blasting[J]. Journal of China Coal Society, 2017, 42(10): 2498-2503.
[11] 李启月, 吴正宇, 黄武林. 直眼掏槽空孔效应的计算模型改进与分析[J]. 采矿与安全工程学报, 2018, 35(5): 925-930.
LI Qiyue, WU Zhengyu, HUANG Wulin. Improvement and analysis of calculation model for empty hole effect in parallel cut[J]. Journal of Mining & Safety Engineering, 2018, 35(5): 925-930.
[12] ARSHADNEJAD S, GOSHTASBI K, AGHAZADEH J. A model to determine hole spacing in the rock fracture process by non-explosive expansion material[J]. International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials, 2011, 18(5): 509-514.
[13] ARSHADNEJAD S. Design of hole pattern in static rock fracture process due to expansion pressure[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019, 123: 104100.
[14] HAN Wei, JIANG Yujing, LUAN Hengjie, et al. Numerical investigation on the shear behavior of rock-like materials containing fissure-holes with FEM-CZM method[J]. Computers and Geotechnics, 2020, 125: 103670.
[15] YANG Shengqi, YIN Pengfei, ZHANG Yuanchao, et al. Failure behavior and crack evolution mechanism of a non-persistent jointed rock mass containing a circular hole[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2019, 114: 101-121.
[16] 廖重辉. 城市环境下钻爆法隧道扩建的控爆技术研究[D]. 福州: 福州大学, 2017: 1-10.
LIAO Chonghui. Controlled blasting technology for tunnel enlargement by drilling and blasting method in urban environment[D]. Fuzhou: Fuzhou University, 2017: 1-10.
[17] 王嘉莹, 金龙哲, 郭敬中, 等. 梅山铁矿爆破粉尘润湿性能关键影响因素[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2019, 50(10): 2527-2535.
WANG Jiaying, JIN Longzhe, GUO Jingzhong, et al. Key influencing factors on wettability of blasting dust in Meishan Iron Mine[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2019, 50(10): 2527-2535.
[18] 陈秋宇, 李海波, 夏祥, 等. 爆炸荷载下空孔效应的研究与应用[J]. 煤炭学报, 2016, 41(11): 2749-2755.
CHEN Qiuyu, LI Haibo, XIA Xiang, et al. Research and application of empty hole effect under blasting loading[J]. Journal of China Coal Society, 2016, 41(11): 2749-2755.
[19] 林大能. 平巷掏槽爆破空孔尺寸效应及围岩频繁震动损伤累积特性研究[D]. 长沙: 中南大学, 2006: 21-31.
LIN Daneng. Research on size effect of empty hole in horizontal roadway cut blasting & accumulating characteristic of surrounding rock damage caused by frequently blasting vibration[D]. Changsha: Central South University, 2006: 21-31.
[20] 程刚. 成孔液压涨裂破岩机理研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2018: 31-49.
CHENG Gang. Research on Rock Breaking Mechanism of Hydraulic Fracturing Breaking Rock[D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2018: 31-49.
(编辑 赵俊)
收稿日期： 2020 -06 -12; 修回日期： 2020 -09 -04
基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51975570) (Project(51975570) supported by the National Natural Science Foundation of China)
通信作者：刘送永，博士，教授，博士生导师，从事矿山采掘技术与装备研究；E-mail: lsycumt@163.com
引用格式： 崔松, 刘送永, 黄举. 空孔作用下定向涨裂破岩试验研究[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2021, 52(5): 1570-1580.
Citation: CUI Song, LIU Songyong, HUANG Ju. Experimental research on directional fracturing and rock breaking under action of holes[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2021, 52(5): 1570-1580.
