[科普中国]-爆破作用圈

爆破作用圈（acting circles of blasting）指的是炸药爆炸时所产生的膨胀力和冲击波，以药包为中心向四周传播的同心圆。从中心向外依次为压缩圈、抛掷圈、破裂圈和振动圈。

定义从装药中心到自由面的垂直距离称为最小抵抗线。在装药量一定的条件下，若最小抵抗线超过某一临界值，则炸药爆炸在自由面上看不到爆破的迹象，爆破作用只发生在介质内部，我们把这种作用称为爆破的内部作用。根据介质的破坏特征，单个球形药包爆破的内部作用可在爆源周围形成压碎圈、破裂圈、裂隙圈和振动圈。1

压碎圈药包爆炸时，对周围的介质作用一峰值很高的脉冲压力，并在紧靠药包附近的区域激起一股强烈的冲击波。在冲击波的超高压(一般可达几万兆帕)作用下，介质结构遭到严重破坏，并粉碎成微细粒子，从而形成压碎圈或粉碎圈。该作用圈的半径很小，但由于介质遭到强烈粉碎，产生了塑性变形或剪切破坏，消耗能量却很大。因此，为了充分利用炸药的爆炸能，应尽可能控制或减少压碎圈的形成。1

裂隙圈压碎圈形成后，冲击波衰减为压应力波，其压力已低于介质的抗压强度，不再产生压破坏，但仍可使压碎圈外的介质产生径向压缩，引起介质质点的径向位移和径向扩张，并衍生出切向拉应力。因为脆性介质的抗拉强度比抗压强度小，如果该切向拉应力超过介质的抗拉强度便形成与压碎圈贯通的径向裂隙。在冲击波、应力波作用下，介质受到强烈的压缩，积蓄了一部分弹性变形能，随压碎圈形成、径向裂隙展开、压力迅速下降达到一定程度时，原先在药包周围的介质被压缩过程中积蓄的弹性变形能释放出来，并转变为卸载波，形成与压应力波作用方向相反的向心拉应力，使介质质点产生反向的径向移动。当此向心拉应力大于介质的抗拉强度时，则在已形成的径向裂隙间产生环向裂隙。径向裂隙与环向裂隙形成的同时，径向应力与切向应力的作用还可能形成剪切裂隙。这些是爆炸应力波的动作用破坏效果。

爆生气体紧随冲击波以准静态压力形式作用于炮孔壁，并在高压作用下挤入由应力波形成的径向裂隙中，像尖劈一样使裂隙扩张与延伸，并在裂隙的尖端引起应力集中，迫使裂隙进一步扩展。此外，爆生气体的作用时间较长，在炮孔壁周围介质中形成的准静态应力场，也有助于裂隙的进一步发展。爆炸应力波的作用形成了初始裂隙，接着爆生气体的膨胀、挤压、尖劈作用助长了裂隙的延伸、扩张和发展，只有当应力波与爆生气体衰减到一定程度才能停止裂隙扩展。这样，随着径向裂隙、环向裂隙和剪切裂隙的形成、扩展、贯通，纵横交错、内密外疏、内宽外细的裂隙网将介质分割成大小不等的碎块，形成了裂隙圈。该作用圈是由拉、剪破坏形成的，其作用半径较压碎圈大。

综上所述，应力波和爆生气体对介质的破坏都起着重要作用。在高阻抗介质、高猛度炸药、耦合装药或装药不耦合系数较小的条件下，应力波的破坏作用是主要的；在低阻抗介质、低猛度炸药、装药不耦合系数较大的条件下，爆生气体的准静态压力破坏作用则是主要的。1

振动圈炸药爆炸所产生的能量在压碎圈和裂隙圈内消耗了很多，在裂隙圈以外不再对介质产生破坏作用，只能使介质质点发生弹性振动，直到弹性振动波的能量完全被介质吸收为止。该作用圈的范围比前两个大得多，称为振动圈。在爆破工程中，为了提高爆破能量利用率，减小爆破危害，应尽可能控制或减少压碎圈和振动圈的形成，加强裂隙圈的破坏。1

本词条内容贡献者为:

张尉 - 副教授 - 西南大学