關(guān)鍵詞：頁巖；爆破；裂隙場；數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)；塊度篩分程序；分形維數(shù)

隨著頁巖氣壓裂技術(shù)發(fā)展，通過爆破產(chǎn)生高能氣體進(jìn)行儲(chǔ)層壓裂有望成為一種新的增產(chǎn)手段[1-2]。

增效射孔技術(shù)將射孔與壓裂作業(yè)有機(jī)結(jié)合，提高了油氣井的注采效率，在低滲透率油氣井及頁巖氣開采領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景。爆炸瞬間釋放的能量巨大，精準(zhǔn)控制爆炸能量在頁巖中形成有效的徑向縫網(wǎng)，難度較大。解決上述問題的關(guān)鍵是揭示頁巖在定向聚能爆破下的損傷破裂機(jī)理，建立對應(yīng)不同爆破條件下頁巖損傷破壞的量化關(guān)系。

頁巖作為一種沉積巖，具有層理構(gòu)造，從而具有力學(xué)各向異性，層理弱面的位置對其力學(xué)特性和斷裂行為影響顯著[3-9]。衡帥等[10]通過三種不同加載角度下頁巖的靜態(tài)斷裂試驗(yàn)，研究了頁巖斷裂韌度的各向異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)層理面的開裂和裂紋擴(kuò)展路徑的偏移是導(dǎo)致頁巖斷裂韌度各向異性的主要原因。李玉琳[11]對不同加載角度下頁巖的三點(diǎn)彎曲破壞過程進(jìn)行了模擬研究，發(fā)現(xiàn)頁巖主裂紋的擴(kuò)展路徑有一定隨機(jī)性，原始層理裂縫對試樣裂紋主擴(kuò)展的影響是局部的，主要與彎曲應(yīng)力競爭，兩者的競爭機(jī)制決定了裂紋的最終擴(kuò)展路徑。Shi等[12]對不同加載角度（層理面與加載方向之間的夾角）下的頁巖NSCB試樣進(jìn)行了動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎試驗(yàn)，計(jì)算了不同加載角度下黑色頁巖的動(dòng)態(tài)I型斷裂韌度，結(jié)果表明，當(dāng)主裂紋擴(kuò)展方向與層理面垂直時(shí)，試件斷裂韌度出現(xiàn)最大值，而當(dāng)預(yù)制裂紋方向與層理面平行，則出現(xiàn)最小值，其余各組則處于中間值。與Shi等的研究結(jié)果相同，諸多學(xué)者[13-15]在研究中也發(fā)現(xiàn)了層理角度對層狀巖體斷裂特性的影響。

在頁巖儲(chǔ)層增效射孔技術(shù)的應(yīng)用中，保證層位操控精準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)采用有效手段控制爆破能量釋放，力求解放儲(chǔ)氣層，形成有效裂隙網(wǎng)絡(luò)。定向斷裂控制爆破，又稱聚能爆破，是一種集中爆破能量從而定向破碎巖體的技術(shù)[16]。楊仁樹等[17]通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)施聚能爆破時(shí)，爆破所產(chǎn)生的應(yīng)力波與爆生氣體優(yōu)先沿聚能方向傳播。王雁冰等[18]根據(jù)彈性波動(dòng)理論，分析了切縫藥包爆破下的爆破損傷區(qū)范圍。岳中文等[19]對聚能爆破下層理對爆生裂紋的擴(kuò)展過程影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，層理面對主裂紋的擴(kuò)展具有阻礙作用，而次生裂紋的擴(kuò)展長度則會(huì)隨著切槽方向與層理方向夾角的增大而增加。

在對巖體爆破后的破碎程度研究方面，目前多通過分形維數(shù)來定量研究[20]。黃志輝[21]基于分形理論和計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)建立了確定爆堆塊度分形維數(shù)的照片處理方法。駱浩浩等[22]通過分形理論、攝影方法與計(jì)算機(jī)圖像識(shí)別技術(shù)對扇形中深孔爆破中的塊度分布以及分形破碎模型進(jìn)行了研究。爆后塊度分形維數(shù)反映了不同爆破條件下巖體損傷破壞的量化關(guān)系，因此儲(chǔ)層壓裂的效果可以通過爆后塊度的分形維數(shù)來定量評價(jià)。

綜上所述，為定量評價(jià)不同爆破條件下頁巖的損傷發(fā)育水平，本文以我國頁巖氣主產(chǎn)區(qū)四川長寧-威遠(yuǎn)地區(qū)頁巖為研究對象，設(shè)計(jì)4種爆破工況下的聚能爆破試驗(yàn)，通過數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)獲取頁巖試件表面應(yīng)變場的演化過程，并結(jié)合自編程的塊度篩分程序?qū)搸r爆后塊度分布進(jìn)行篩分評價(jià)，從表面應(yīng)變場、表面裂紋密度分布、表面裂紋場分形維數(shù)、破碎塊度分布與破碎塊度分維入手，由面內(nèi)裂紋分布深入至巖體內(nèi)空間裂隙網(wǎng)絡(luò)，深入揭示頁巖在定向聚能爆破下的損傷破裂機(jī)理。

1試驗(yàn)方案

試驗(yàn)所用頁巖取自四川長寧-威遠(yuǎn)地區(qū)的頁巖露頭，頁巖的基礎(chǔ)物理力學(xué)參數(shù)如表1所示，其中層理傾角為加載方向與層理面法向之間的夾角。

參考楊仁樹等[23]的研究經(jīng)驗(yàn)，本文試件設(shè)計(jì)為邊長200mm的立方體試件，試件中心位置的炮孔深度150mm，直徑10mm，同時(shí)采用了高速攝像機(jī)對試件表面裂隙場進(jìn)行監(jiān)測，并運(yùn)用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（digitalimagecorrelation，DIC）對試件表面應(yīng)變場的演化過程進(jìn)行分析。

為對比分析層理面位置對頁巖破碎的影響，本文以兩類頁巖試件作為試驗(yàn)對象，一類為炮孔方向與層理面垂直的頁巖試件，記為B-C0；一類為炮孔方向與層理面平行的頁巖試件，定義藥包的切縫方向與層理面走向之間的夾角為切縫角度，設(shè)置切縫角度0°、45°和90°下的3組試件，分別記為B-0、B-45與B-90，各組試件層理方向與切縫角度設(shè)置如圖1所示。

本試驗(yàn)采用切縫藥包作為聚能爆破裝藥結(jié)構(gòu)，切縫管材質(zhì)為鋼，切縫管長度為100mm，外徑8mm，切縫寬度為1mm。切縫藥包采用一發(fā)8號(hào)電子雷管，主裝藥為0.7g黑索金，爆速8750m/s；起爆藥為0.3g疊氮化鉛，爆速5300m/s。封堵采用細(xì)砂，并滴入502膠進(jìn)行凝固，提高封堵質(zhì)量，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2不同切縫角度下表面裂紋場與表面應(yīng)變場

2.1表面裂紋場隨比例爆距的變化

在爆后對頁巖試件表面照片進(jìn)行二值化操作，即可得到頁巖在不同切縫角度下的炮孔周圍的表面裂紋分布圖片，裂紋場的二值化圖像及各組典型試件裂紋場圖像如圖3所示。

為定量研究不同炮心距下頁巖試件表面裂紋場的分布規(guī)律，定義炮心距r與炮孔半徑rh的比值為無量綱比例爆距r/rh。通過對表面裂紋分布的二值化矩陣進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，即可得到在不同比例爆距下表面裂紋面積占區(qū)域面積的百分比，即裂紋密度C。分析區(qū)域示意圖如圖4所示，本節(jié)取比例爆距為3～19下的表面區(qū)域進(jìn)行分析。

對表面裂紋照片進(jìn)行二值化操作，計(jì)算不同比例爆距內(nèi)的裂紋面積與總面積的比值，得到的各切縫角度下典型試件的裂紋密度C隨比例爆距的變化曲線如圖5所示。

由圖5可見，試件在不同比例爆距r/rh內(nèi)的裂紋密度C與比例爆距之間存在負(fù)相關(guān)的冪函數(shù)關(guān)系，擬合關(guān)系式與擬合相關(guān)系數(shù)R2如下式所示：

可見C隨著比例爆距的增加迅速降低，但各組間存在顯著的差異，相對其他切縫角度下的試件，B-C0試件的裂紋總密度最低，這是由于B-C0試件在爆破破碎時(shí)破裂面沿水平層理面開展，爆破能量從水平層理面泄漏導(dǎo)致整體爆破效果不佳；而B-0組試件的裂紋總密度也相對較低，由于其切縫方向與層理面平行，同樣導(dǎo)致爆破能量沿層理弱面逸散，而切縫角度為45°和90°時(shí)，層理弱面與切縫角度間存在一定夾角，一定程度上降低了爆破能量沿層理弱面的逸散現(xiàn)象，提高了爆破的作用效果。進(jìn)一步提取比例爆距為0～5、5～10與10～15范圍內(nèi)（分別記為R5、R10和R15）的區(qū)域裂紋密度Cp進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，如圖6所示。

可見在不同的比例爆距區(qū)間內(nèi)，試件的區(qū)域裂紋密度Cp的變化受切縫角度影響顯著。由巖體爆破的內(nèi)部作用理論，巖體爆破后會(huì)在炮孔周圍形成壓碎區(qū)、破裂區(qū)和振動(dòng)區(qū)，通常情況下，壓碎區(qū)半徑約為裝藥半徑的5倍范圍內(nèi)，該區(qū)域由于受到藥包爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)壓縮波而接近于粉碎，由上圖中的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可見，B-90組典型試件在壓碎區(qū)的Cp值最大，達(dá)到了49.16%，壓碎區(qū)破碎最為顯著，B-C0組試件最小，為16.32%；當(dāng)比例爆距在5～10的范圍內(nèi)時(shí)，B-C0組試件的Cp仍然最小，為5.03%，B-45組與B-90組較為接近，分別為13.41%與14.43%；當(dāng)比例爆距進(jìn)一步增加到10～15時(shí)，這一比例爆距區(qū)間內(nèi)各組的Cp的差值開始減小，但B-90組的爆破效果仍為最優(yōu)。

2.2表面裂隙場的分形特征

表面裂紋的分形維數(shù)定量反映了試件的裂隙場發(fā)育程度[23]，因此可由分形方法定量研究不同切縫角度下頁巖試件的破壞特征。盒維數(shù)方法是目前研究表面裂紋分形維數(shù)的主要方法之一，計(jì)算簡單方便，應(yīng)用廣泛。盒維數(shù)可由下式計(jì)算：

式中：rc為覆蓋裂紋的盒子邊長，Nc為覆蓋所有裂紋所需的最小盒子個(gè)數(shù)，Dc為損傷裂紋分形維數(shù)。

參考文獻(xiàn)[23]的程序，進(jìn)一步對圖3中各典型試件的裂紋分布的二值化圖像進(jìn)行處理，可得到各試件表面裂隙的盒維數(shù)，結(jié)果如圖7所示：各試件的表面裂紋場分布具有顯著的分形維數(shù)特征，B-C0組試件的表面裂紋盒維數(shù)較其他組更低，各切縫角度試件的表面裂紋盒維數(shù)在1.337～1.537之間，變化趨勢與裂紋密度變化一致，隨著切縫角度的增加顯著提高，定量反映了試件表面裂紋的發(fā)育情況。

2.3表面應(yīng)變場的演化過程

為深入研究不同切縫角度下頁巖的表面應(yīng)變場演化過程，本文使用PHOTRON高速攝像機(jī)FastcamSA1.1，對不同切縫角度試件切縫區(qū)域的裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行了監(jiān)測，相機(jī)拍攝頻率為50kHz。采用VIC-2D軟件對所攝照片進(jìn)行處理，計(jì)算得到頁巖試件表面應(yīng)變場的演化過程。

通過對各切縫角度下頁巖試件表面的應(yīng)變場處理，可見一特別現(xiàn)象：即宏觀裂紋的起裂與擴(kuò)展滯后于應(yīng)力波的傳播過程。在演化過程中存在兩個(gè)破裂階段，第一階段是爆破應(yīng)力波傳播造成的微裂隙發(fā)育階段，在這一階段中，由于炸藥爆轟，爆轟波作用于炮孔壁，在炮孔壁中激起沖擊波并在試件內(nèi)部傳播并逐漸衰減為應(yīng)力波，當(dāng)應(yīng)力波傳到層理界面時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生反向的拉伸應(yīng)力波，當(dāng)拉應(yīng)力超過層理弱面的粘聚力后，即會(huì)造成層理面處的局部拉伸破壞，形成損傷的發(fā)展區(qū)域；第二階段是宏觀裂紋的貫通階段，隨著爆生氣體的膨脹，透過切縫管形成“高壓射流”，在炮孔周圍形成宏觀主裂紋，伴隨著爆生氣體的“氣楔作用”，宏觀裂紋迅速起裂并貫通，導(dǎo)致巖石徹底破壞，而第一階段形成的損傷區(qū)域?qū)暧^裂紋的發(fā)展具有導(dǎo)向作用，試件內(nèi)部形成通過裂隙損傷區(qū)域的宏觀斷裂帶。DIC技術(shù)可以形象地展現(xiàn)這一微觀損傷累積與宏觀裂紋貫通的過程，如圖8所示，其中左側(cè)紅虛線框標(biāo)注范圍為分析區(qū)域。

由圖8可見，在切縫角度為0°時(shí)，炸藥爆轟后，試件DIC分析區(qū)域內(nèi)存在多處應(yīng)變集中區(qū)域，即黑色虛線框內(nèi)。隨著應(yīng)力波的傳播，這一應(yīng)變集中區(qū)域的范圍也逐步擴(kuò)展，在1560μs時(shí)，由于爆生氣體的膨脹，促使徑向主裂隙擴(kuò)展，可見應(yīng)變集中區(qū)域開始出現(xiàn)連接，損傷區(qū)域?qū)暧^裂隙擴(kuò)展的導(dǎo)向作用顯著。

當(dāng)切縫方向與層理弱面存在夾角時(shí)，試件主裂紋的擴(kuò)展路徑則稍顯復(fù)雜，不僅受應(yīng)力波在層理弱面的反射影響，同時(shí)受應(yīng)力波傳播所致的基質(zhì)壓剪破壞區(qū)影響，以B-90組典型試件為例，如圖9～圖11所示。由圖9中橫向應(yīng)變場（x方向）的演化過程可見，在炸藥爆轟后，如黑色虛線框內(nèi)所示，試件橫向應(yīng)變場出現(xiàn)多處沿層理方向的應(yīng)變集中區(qū)域，說明應(yīng)力波在層理弱面處的反射造成了微觀層理面的張開，當(dāng)層理面完全張開后，后續(xù)爆生氣體靜作用所產(chǎn)生的宏觀裂紋就難以穿過層理弱面，這也是導(dǎo)致如圖3（b）中B-45與B-90組試件也存在沿層理弱面宏觀斷裂帶的根本原因。不同于B-0組試件的是，當(dāng)切縫方向與層理弱面存在夾角時(shí)，試件不僅存在層理面的局部拉伸破壞區(qū)，同時(shí)存在壓剪應(yīng)力導(dǎo)致的裂隙發(fā)育區(qū)，如圖10中黑色虛線框標(biāo)注所見，試件存在多處剪切應(yīng)變的集中區(qū)域，這些壓剪損傷區(qū)域與層理弱面處的拉伸損傷區(qū)域共同影響了主裂紋擴(kuò)展路徑，如圖11中1680μs時(shí)宏觀裂紋貫通的拉伸應(yīng)變場可見，貫通區(qū)域的位置即是拉伸損傷區(qū)域與壓剪損傷區(qū)域的集合，這也是導(dǎo)致B-45與B-90組試件表面裂隙場較其他組更為發(fā)育的根本原因。

圖12顯示：在切縫藥包爆破后，并沒有立即產(chǎn)生宏觀裂隙，而是在爆生氣體膨脹后發(fā)生宏觀斷裂，可見1700μs后炮煙沖出炮孔，隨之宏觀裂紋逐步貫通。這進(jìn)一步驗(yàn)證了前文的分析。

切縫方向與層理弱面的夾角對微觀損傷區(qū)域出現(xiàn)的位置影響顯著，當(dāng)層理弱面與切縫方向平行時(shí)，損傷區(qū)域多集中于層理弱面處，由于層理弱面的粘聚力差，易張開滑移，造成試件所累積應(yīng)變能的集中釋放，進(jìn)而造成損傷累積區(qū)域沿層理顯著發(fā)育，進(jìn)而影響爆破第二階段后的宏觀裂紋擴(kuò)展過程，形成單一裂紋，對于頁巖的增效射孔作業(yè)無益，難以形成復(fù)雜的裂隙網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)當(dāng)避免在這一方向進(jìn)行射孔作業(yè)。

3碎塊分形分析

3.1塊度篩分方法及分形計(jì)算原理

本文采用拍照法對爆堆的各處進(jìn)行拍照，巖塊的篩分與計(jì)數(shù)工作均由計(jì)算機(jī)完成，如圖13所示。利用圖像處理軟件結(jié)合自編Matlab程序計(jì)算各級巖塊的數(shù)量。該程序可進(jìn)行全自動(dòng)的粒徑分析，實(shí)現(xiàn)粒徑圈定的可視化，獲取與塊體破碎相關(guān)的重要參數(shù)和特征。然后進(jìn)行分形計(jì)算。

在拍攝碎塊時(shí)，將碎塊放置在背光的白色板子上，防止拍照時(shí)由于光線造成的陰影問題，同時(shí)在碎塊空隙處放置乒乓球作為參照物，在拍攝照片后通過軟件對乒乓球直徑的像素尺寸進(jìn)行抓取，然后獲得照片的空間分辨率，并輸入到程序中，處理后得到試件的塊度分布。每組試驗(yàn)選擇了相近的7個(gè)特征尺度，用于碎塊的篩分。

既往學(xué)者對照片法分析塊度的研究多集中于得到塊度的分布[21，24]，對特征粒徑的圈定缺乏研究。本文通過Matlab軟件對粒徑的圈定功能進(jìn)行編程：首先，通過邊緣切割和連通域分析，采用更新后的Sobel函數(shù)進(jìn)行邊緣檢測，以提高塊度圖像的處理精度和效果；然后，利用Matlab中的regionprops函數(shù)和Boundingbox功能，對獲得的各個(gè)連通域進(jìn)行標(biāo)記和特征提取，得到各個(gè)連通區(qū)域的外接矩形的長和寬，進(jìn)一步通過計(jì)算外接矩形的對角線長度，即可得到每個(gè)連通域的特征粒徑。

根據(jù)文獻(xiàn)[21]，巖體破碎的分形維數(shù)Df可由碎塊的線性特征尺寸δ（本文中為篩孔特征尺寸）和大于該尺寸的碎塊數(shù)N（r）給出：

3.2不同切縫角度下試件爆后塊度分布特征

本文程序分析所得到的塊度為碎塊的平面投影面積，因此篩下的累積分量（即通過率）為粒徑對應(yīng)的平面面積占比，由此得到的各試件的爆破塊度分布曲線如圖14～圖17所示。為保證試驗(yàn)的有效性，每種加載角度下的爆破試驗(yàn)重復(fù)兩次，如B-C0組兩次爆破試件分別記為B-C0-1和B-C0-2。

由分布曲線可見，不同切縫角度下頁巖的塊度分布差異較大，為方便定量分析試件的爆后塊度分布，參照土力學(xué)的顆粒級配曲線的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，在篩分過程中引入了d10、d50、d90與dmax四個(gè)參數(shù)[23]，對應(yīng)為篩下累積占比為10%、50%、90%以及該試件在爆后的最大塊度所對應(yīng)的特征粒徑，并引入塊度均勻系數(shù)CU（d90/d50）來評價(jià)塊度分布的均勻性，CU越大，說明塊度分布曲線越均勻。同時(shí)，為了反映各破碎階段的粒徑是否連續(xù)，進(jìn)一步引入曲率系數(shù)CC（d50d50/（d90d10））對粒徑分布的連續(xù)性進(jìn)行評價(jià)，進(jìn)行評價(jià)，CC越小，說明碎塊集中在細(xì)粒端，相應(yīng)地就越破碎，CC越大，說明細(xì)粒端塊度有缺失，碎塊集中于粗粒端，大塊率相對越高，破碎效果相對較差。

提取圖18中各試件的評價(jià)參數(shù)，并計(jì)算各試件的爆后塊度均勻系數(shù)，如表2中所示?？梢钥闯?，除B-0組試件的評價(jià)指標(biāo)存在一定的離散性外，其余各組試件的評價(jià)指標(biāo)在同一切縫角度下基本接近。由表2中數(shù)據(jù)可知，B-C0組試件較其余各組的不均勻系數(shù)CU相對較小，但曲率系數(shù)CC相對較大，表明試件爆后塊度分布的均勻性較差，大塊率較高，最大塊度均在113.907mm以上；試件出現(xiàn)了沿水平層理面的整體破壞，如圖18所示，說明爆破能量在水平層理面處泄漏嚴(yán)重，這是造成B-C0組試件塊度分布均勻性較差的原因。

當(dāng)切縫角度為0°時(shí)，試件由于切縫方向與層理弱面平行，因此其破壞面主要沿層理弱面開展，切縫斷面如圖19所示，可見其斷面具有較多的筆石動(dòng)物化石。由于筆石動(dòng)物化石具有較多的有機(jī)質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，因此使得層理面成為頁巖的脆弱部分，更易在外力作用下發(fā)生整體的張拉破壞。表2中B-0組的曲率系數(shù)CC的計(jì)算結(jié)果與圖15中的塊度占比直方圖顯示，其曲率系數(shù)相對較大，反映了其爆后碎塊集中于粗粒端，最大碎塊占碎塊總量的比值可達(dá)26.14%，大塊占比高，爆破效果不佳。

切縫角為45°時(shí)，試件的不均勻系數(shù)在各試驗(yàn)組中最大，但由圖16中的塊度分布直方圖可見，其最大塊度占總碎塊的13%以上，也存在沿層理面的整體張拉破壞；切縫角度為90°時(shí)，試件的爆后塊度分布較好，不均勻系數(shù)較高，且曲率系數(shù)在各組中較低，說明其在細(xì)粒端與粗粒端均有較好的分布，爆破破碎效果相對較好。

3.3不同切縫角度下試件爆后塊度分形維數(shù)計(jì)算結(jié)果

頁巖在受到爆破荷載后，內(nèi)部缺陷不斷發(fā)育、擴(kuò)展、貫穿，最后發(fā)展成為宏觀破裂，既往學(xué)者研究表明[20]，巖石裂紋的破碎具有較好的自相似性，碎塊的分形維數(shù)越大，試件的破碎程度就越高。對破碎塊度分形維數(shù)特征的研究，能夠從定量的角度對不同切縫角度下的裂隙場發(fā)育情況進(jìn)行表征。

各試件的塊度分形維數(shù)結(jié)果如圖20～圖23所示。可以看出，各試樣在爆后的碎塊篩分中，篩上碎塊數(shù)與篩孔特征尺度（篩孔直徑）間具有較好的線性相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（R2）在88.451%以上。

進(jìn)一步提取各試件的碎塊分形維數(shù)進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，如圖24所示。試件在不同切縫角度下的爆后碎塊分形維數(shù)存在顯著的各向異性特征，試件B-0由于沿層理弱面的能量逸散，導(dǎo)致試件爆后的大塊較多，試件的爆破破碎效果較差，因此其爆后塊度的平均分形維數(shù)在各組間最低，僅為0.7843；隨著切縫角度的增大，試件爆后的平均分形維數(shù)也隨之增高，表明層理弱面的影響減弱，雖然存在沿層理弱面的能量逸散，但巖層間的夾制作用提高了爆破能量的作用率，降低了巖塊整體張拉剝落破壞的可能性，當(dāng)切縫角度為90°時(shí)，這一作用最為顯著，因此其碎塊分形維數(shù)為各試驗(yàn)組的最大值2.5233；試件B-C0雖然在切縫方向上無層理弱面的影響，但其在爆破過程中，存在沿水平層理弱面的整體張拉破壞，造成了爆破能量的逸散，其分形維數(shù)雖然較B-0組略大，但分形維數(shù)顯著低于試件B-45與B-90的破碎分形維數(shù)均值。

4結(jié)論

（1）試件在不同比例爆距內(nèi)的裂紋總密度與比例爆距之間存在負(fù)相關(guān)的冪函數(shù)關(guān)系，相對其他切縫角度下的試件，炮孔垂直于層理弱面時(shí)試件的裂紋總密度最低；表面裂紋場分布具有顯著的分形維數(shù)特征，本文試驗(yàn)中，各切縫角度試件的表面裂紋盒維數(shù)在1.337～1.537之間。

（2）頁巖試件破碎是爆破動(dòng)、靜作用綜合影響的結(jié)果，爆破應(yīng)力波的動(dòng)作用加劇了試件內(nèi)部微觀損傷區(qū)域的發(fā)育，對裂紋的擴(kuò)展路徑產(chǎn)生導(dǎo)向作用，爆生氣體的靜作用是驅(qū)動(dòng)宏觀裂紋的起裂與擴(kuò)展的根本因素。

（3）切縫方向與層理弱面的夾角對微觀損傷區(qū)域出現(xiàn)的位置影響顯著，當(dāng)層理弱面與切縫方向平行時(shí)，損傷區(qū)域多集中于層理弱面處，對宏觀裂紋的擴(kuò)展路徑影響顯著，易于形成單一裂紋，難以形成復(fù)雜有效的裂隙網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)當(dāng)避免在這一方向進(jìn)行射孔作業(yè)。

（4）頁巖的爆后塊度分布受切縫角影響顯著，B-C0組試件在爆后的最大塊度最大，達(dá)到113.907mm以上；B-0組試件爆后的大塊較多，爆后塊度的平均分形維數(shù)僅為0.7843，在各組間最低；切縫角度為90°時(shí)，試件爆后塊度分布曲線的不均勻系數(shù)較高，且曲率系數(shù)在各組中較低，試件的爆后塊度分布較好，爆后平均的碎塊分形維數(shù)達(dá)到了各試驗(yàn)組的最大值2.5233，爆破破碎效果相對較好。