爆破开挖是水利水电工程、铁道、市政等基础工程建设的重要环节,也是矿产资源开采的重要手段。新时期,对工程爆破提出了更高的要求,实现爆炸能量高效利用和爆破危害效应的有效控制是响应国家建设节能环保型社会,实现经济可持续发展的必然要求。研究岩体爆破过程中炸药爆炸的能量释放与传输机制,对揭示钻孔爆破破岩机理、加深爆炸能量释放与分布规律认识、优化爆破设计、控制爆破危害、提高爆破能量利用率等方面具有重要的理论意义和工程实用价值。论文针对岩石爆破中爆炸能量的释放与传输机制这一问题,采用理论分析、数值计算与现场试验相结合的方法,开展系列研究,主要的研究内容和研究成果如下:通过未反应炸药采用Murnahan状态方程、爆轰产物采用JWL方程、炸药的反应速率采用Lee-Tarver三项点火-增长-反应速率模型,建立了改进的炸药非理想爆轰模型,并利用不同炸药直径和约束条件下的爆轰模拟验证了采用该模型模拟炸药非理想爆轰过程的正确性,研究了炸药爆轰过程中影响能量释放特性的主要因素以及不同耦合介质和不同装药结构条件下炸药与岩石的相互作用过程。基于爆生气体的准静态爆破破岩机理,假定破裂区内侧环向应力不为零,认为粉碎区为丧失了粘聚力但仍然具有内摩擦力的散体介质,考虑炮孔空腔膨胀对炮孔压力降低的影响,推导了柱状装药起爆条件下的岩石钻孔爆破粉碎区半径公式。与现有计算模型对比,改进的计算模型能够与实验数据更好的吻合。同时进一步分析了岩石种类、炸药性能、装药结构以及地应力对粉碎区范围的影响,并给出了减小粉碎区的措施。根据冲击动力学和爆炸力学,推导了考虑炮孔近区岩石屈服强度的炸药-岩石能量传输关系,提出了基于炸药阻抗和能量综合匹配控制的炸药选型和装药结构优化方法。结果表明,炸药-岩石之间的能量传输系数不仅和岩石弹性波阻抗有关,还和入射波强度、岩石屈服强度、岩石塑性波阻抗有关。取得良好的爆破效果的炸药波阻抗不一定要趋近岩石介质的弹性波阻抗,岩石-炸药匹配关系应随着岩石的可爆性以及爆破控制目标的不同而改变。通过理论分析研究了侧向起爆条件下爆炸能量的传输机制及其对破岩效果的影响,揭示了侧向起爆和一端起爆条件下的爆炸冲击能和爆生气体能的分布的差异,并结合现场爆破试验和数值计算,对比分析了这两种起爆方式下的爆破块度分布和诱发振动的差异。研究发现,导爆索侧向起爆时炸药的能量释放速率要明显低于一端起爆,侧向起爆时有更多的能量在波后稀疏波内释放,且炸药的冲击能转化为爆生气体能,导致气体能增加,冲击能减少,冲击破碎岩体的能力降低。可以通过改变起爆方式来调整用于爆破破岩的冲击能和气体能的比例,以提高爆破破岩的能量利用率。从理论上分析了双点同时起爆条件下爆轰波碰撞的聚能效应,并结合张拉-压剪统计损伤模型对比分析了双点起爆和常规起爆方式下的岩体的破碎效果,并进一步从炸药能量释放过程控制的角度对双点起爆中起爆点的位置进行了优选。通过爆轰波的相互碰撞可以改变爆轰波形态,进而增大爆炸应力波的峰值和爆破作用冲量,提高局部岩石的破碎程度。研究了自由面对爆破能量转化的影响。结合现场爆破试验,采用SPH-DFEM耦合方法研究自由面数量和爆生自由面对振动峰值及其衰减规律的影响,重点分析了微差爆破中同排不同段的爆破诱发振动的差异,揭示爆生自由面对爆炸能量转化为振动能的影响机制。结果表明,随着临空面数量的增加,质点振动速度峰值呈非线性降低的趋势,爆破振动衰减规律也有较大差异。自由面改变了爆炸能量的分布,破碎能、抛掷能和气体逸散能增加,转化为爆破振动的能量减少。多排多段台阶爆破中,同一排后续段别爆破诱发的振动峰值比第一段降低14%～22%。爆破设计过程中必须考虑爆生临空面的影响,从控制爆破振动的角度,同一排的不同段的控制药量并不相等,应适当减小同排第一段爆破的段装药量。