爆破技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、施工的重要技術(shù)手段，起爆器材性能及爆破效果設(shè)計(jì)直接決定爆破工程的成敗和安全。研究爆破漏斗形成過(guò)程和爆堆拋擲作用，正確地分析影響爆破效果的各種因素，在計(jì)算爆破預(yù)期和爆破設(shè)計(jì)工作中十分關(guān)鍵。
由于爆破過(guò)程的短時(shí)、高速、高溫等特征，傳統(tǒng)手段很難獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，因此亟需一種非接觸式、高精度、自動(dòng)化測(cè)量手段對(duì)爆破過(guò)程進(jìn)行研究。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）力學(xué)與建筑工程學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)利用千眼狼高速攝像機(jī)，建立爆破拋擲物運(yùn)動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，觀測(cè)混凝土模型爆破試驗(yàn)過(guò)程，計(jì)算爆破拋擲物運(yùn)動(dòng)速度（更多詳情請(qǐng)見(jiàn)《工程科學(xué)與技術(shù)》2020年1月第52卷 第1期）。
混凝土模型爆破試驗(yàn)
混凝土模型與力學(xué)試塊
試驗(yàn)地點(diǎn)為內(nèi)蒙古某露天礦山，首先制作試驗(yàn)混凝土模型，尺寸為2.0m×0.4m×0.3m，材料為C30混凝土，自然條件下養(yǎng)護(hù)28d拆模。同時(shí)制作100mm×100mm×100mm混凝土試塊，經(jīng)測(cè)試單軸抗壓強(qiáng)度為42.15MPa。
系統(tǒng)設(shè)備
兩臺(tái)高速攝像機(jī)搭建高速雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)，并將標(biāo)定板在距離儀器設(shè)備8～10m范圍內(nèi)以不同姿態(tài)擺放，設(shè)置雙目標(biāo)定。標(biāo)定完成后，布置警戒線，連接起爆器和高速攝像機(jī)快門(mén)線，遠(yuǎn)程快門(mén)觸發(fā)進(jìn)行拍攝，拍攝時(shí)長(zhǎng)3s，并利用爆破拋擲物運(yùn)動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)，對(duì)爆破拋擲物整體運(yùn)動(dòng)階段和分散運(yùn)動(dòng)階段進(jìn)行分析。
分析一整體運(yùn)動(dòng)階段
整體運(yùn)動(dòng)階段雷管起爆時(shí)可在圖像中看到導(dǎo)爆管內(nèi)有明顯白色閃光，可確定起爆時(shí)間。對(duì)高速采集圖像觀察可知，起爆后1.25ms模型表面開(kāi)始隆起；6.5ms時(shí)拋擲物已運(yùn)動(dòng)約6.5cm，拋擲物以整體運(yùn)動(dòng)為主；8ms時(shí)爆堆表面開(kāi)始產(chǎn)生裂隙，主要輪廓線有7條；9ms時(shí)裂隙更密集，主要輪廓線為14條；10ms時(shí)主要輪廓線有16條；11ms時(shí)拋擲物已顯著分散成塊。由（a）～（f）可知：8～9ms拋擲物表面裂隙發(fā)展較快，分散作用強(qiáng)；9～10ms裂隙增加不明顯，故將9ms作為整體運(yùn)動(dòng)與分散運(yùn)動(dòng)階段的分界線。
分析二—分散運(yùn)動(dòng)階段
因爆破煙塵的遮擋不利于圖像處理，所以選第20ms圖像作為數(shù)字圖像相關(guān)匹配的第1幀，記做IO，此時(shí)爆破煙塵與碎塊已基本分離，選取典型碎塊進(jìn)行分析，編號(hào)為Rect.1～Rect.6，如上圖所示。
通過(guò)碎塊運(yùn)動(dòng)軌跡圖得1#和2#位于左上方，已完全脫離碎塊整體，不再受到其他碎塊的干擾，位移量最大，運(yùn)動(dòng)軌跡較規(guī)則；3#和4#位于中部，周圍碎塊較多，運(yùn)動(dòng)軌跡易受到其他碎塊的影響；5#位于右上，已脫離整體，運(yùn)動(dòng)軌跡與1#和2#類似，但其為薄片狀，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的翻轉(zhuǎn)消耗了自身動(dòng)能，速度偏小；6#位于下部，始終受制于其上方的碎塊，位移最小。6枚碎塊的總體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)一致，呈現(xiàn)以爆破漏斗為中心倒錐形向外擴(kuò)散。
根據(jù)6枚碎塊的運(yùn)動(dòng)速度曲線圖可知，位于不同區(qū)域的碎塊飛行速度是不同的，但總體呈減速運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。1#和2#飛行速度達(dá)到26.24m/s；3#～5#速度為9～16m/s；6#處于下部，受其他碎石影響，且不斷翻轉(zhuǎn)，速度僅為5～6m/s。
拋擲物的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分析中，爆炸時(shí)加速運(yùn)動(dòng)，存在潛在的爆破飛石，隨后在爆炸沖擊波的作用下拋擲物個(gè)別碎塊繼續(xù)加速，氣體消散后，碎塊做彈道運(yùn)動(dòng)。
上述實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果有助于正確分析影響爆破的因素，精準(zhǔn)測(cè)量爆破過(guò)程，提高爆破工程成功率。千眼狼高速雙目視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)搭配DIC應(yīng)變測(cè)量，能為爆破技術(shù)提供更可靠的應(yīng)用價(jià)值。
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