Все породы по механизму процесса разрушения делят на три группы: грунтовые массивы, скальные монолитные и скальные трещиноватые массивы. Процесс разрушения можно охарактеризовать следуюлщм образом.
Грунтовые массивы: пески, супеси, некоторые глины и суглинки - разрушаются за счёт запаса кинетической энергии приобретённой средой при расширении продуктов взрыва. Разрушения под действием волн напряжений в массиве незначительны. При взрыве вокруг заряда образуется расширяющаяся шаровая полости заполненная газами взрыва, которая при приближении к открытой поверхности приобретает асимметричную грушевидную форму с большой осью, направленной по Л НС заряда (рис. 4.5).
Рис. 4.5. Последовательность разрушения взрывом массива грунта
Изменение формы полости объясняется различной сопротивляемостью перемещению участков массива. В нижней части полости расширения быстро прекращаются, в то время как размеры верхней части полости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. При дальнейшем расширении полости оболочка прорывается в верхней части, движение породы происходит за счёт баллистического полёта отдельных частиц с достижением эффекта «открывания» ворот. После чего масса породы падает вниз, образуя открытую воронку. У краёв воронки формируется гребень из разрушенной породы. Часть её сползает вниз, придавая воронке угол естественного откоса, характерный для данных пород, уменьшая её глубину и объём.
Скальные монолитные массивы разрушаются при скорости детонации ВВ значительно большей скорости деформации породы.
В результате взрыва заряда ВВ образуется детонационная волна с ударным фронтом, за которым следует зона реакции и область расширения газообразных продуктов взрыва. Они воздействуют на окружающую заряд породу и образуют в ней волну сжатия, которая в момент преломления детонационной волны имеет ударный фронт. Одновременно происходит смятие породы вблизи заряда на расстоянии 3-7 радиусов заряда г3 и её дробление на удалении. По мере удаления от заряда амплитуда ударной волны резко снижается (обратно пропорционально пятой или шестой степени радиуса по Г. И. Покровскому) и на расстоянии > 7 г3 превращается в упругую волну напряжения, распространяющуюся со скоростью звука в породе. Скорость её меньше, чем у ударной волны,, но амплитуда ещё значительно выше прочности пород на раздавливание/ поэтому передний фронт распространения упругой волны является одновременно и фронтом поверхности разрушения породы, после её прохождения наблюдается интенсивное разрушение массива, часто с потерей им первоначальной структуры, а на расстоянии более (120-150) г3 - в упругую волну, практически полностью отрываясь от взрывной полости. Разрушение горных пород происходит в течение всего времени нагружения1.
На второй стадии действия взрыва имеют место расширяющаяся полость, заполненная газообразными продуктами детонации, и зона мелкодисперсного дробления породы. Давление газов в полости передаётся через раздробленную породу на передний фронт упругой волны, разрушающей породу. Порода вблизи заряда под указанным воздействием взрывной волны и газов взрыва быстро сжимается и смещается вслед за фронтом волны напряжения, что приводит к образованию зоны сильно деформированной породы с системой многочисленных пересекающихся трещин.
Процесс развития трещин в горных породах может быть условно разделён на три стадии, каждая из которых связана с определёнными физическими параметрами состояния среды и характером нагружения: медленный рост зародышей трещин; ускоренный рост сквозной трещины; рост сквозной трещины с постоянной скоростью. При воздействии поля напряжений развивается наведённая трещиноватость. При этом может происходить подрастание имеющихся трещин и возникновение новых микротрещин.
Б процессе распространения упругой волны амплитуда уменьшается как за счёт диссипации энергии при разрушении породы, так и вследствие расхождения - увеличения длины фронта с увеличением радиуса его поверхности. По мере удаления от заряда напряжения в породе от взрыва снижаются и на определенном расстоянии становятся меньше сопротивления породы раздавливанию, что меняет характер деформации и разрушений среды. Интенсивности волны напряжений на расстояниях от центра взрыва до г3 = 200 достаточно для подрастания трещин, по величине равных среднему размеру отдельности в массиве горных пород (или среднему размеру естественных блоков в массиве).
Третья стадия действия взрыва начинается в момент, когда амплитуда переднего фронта упругой волны уменьшится до значений динамической прочности породы. Под действием прямой волны напряжений и сжатых газов взрыва в среде в радиальном направлении возникают сжимающие напряжения, а в тангенциальном - растягивающие, вызывающие появление радиальных трещин. Это вызвано тем, что порода под действием высокого давления деформируется, радиусы условно выделенных вокруг заряда сфер увеличатся и порода в радиальном направлении будет испытывать растягивающие напряжения, приводящие к развитию в массиве радиальных трещин, расширяющихся под действием газов взрыва.
При дальнейшем удалении волны деформации от заряда, растягивающие тангенциальные напряжения становятся меньшими величины сопротивления породы растяжению и разрушение прекращается - имеют место только упругие колебания частиц породы.
В зоне упругих деформаций в каждой точке породы растягивающие напряжения имеют одинаковый порядок со сжимающими, но допустимые сжимающие напряжения для пород на порядок выше растягивающих, поэтому в первую очередь возникают радиальные трещины.
Радиус зоны трещинообразования
= (4-10) 
(
/ 2 
)1/2,
где - динамический предел прочности на сжатие породы; - предел прочности породы на растяжение.
В четвертой стадии взрыва после резкого снижения давления газов в центре взрыва вследствие прорыва газов в атмосферу через многочисленные трещины, сильно сжатая порода будет разгружаться и смещаться в сторону центра заряда, уменьшая условный радиус сферы и вызывая в породе напряжения растяжения в радиальных направлениях и появляются кольцевые тангенциальные трещины.
При взрыве заряда вблизи открытой поверхности частицы породы, не имеющие преграды, под действием достигшей этой поверхности волны напряжений начинают свободно двигаться в сторону этой поверхности, вовлекая в этот процесс все более отдалённые слои среды. По массиву начинает распространяться отражённая волна с растягивающими напряжениями на её фронте, представляющая собой отражённую от открытой поверхности волну сжатия с зеркальным мнимым изображением центра заряда с формированием школьной воронки.
Трещиноватые скальные массивы разрушаются как под действием давления газов взрыва, так и под действием волны напряжений, а разрушения распространяются как от зарядной камеры, так и от открытой поверхности навстречу друг другу.
Трещина - это любое местное разрушение сплошности материала любой формы и размеров. Процесс разрушения горных пород взрывом - результат развития естественных статистически распределённых в массиве микро- и макротрещин и создания в среде новых трещин с нарушением сил молекулярного сцепления. Общее разрушение материала среды происходит при достижении средним напряжением «местной» прочности самого слабого места, т. е. прочность всей системы определяется прочностью самого слабого места. В горных породах наличие таких «дефектов» может быть связано с длительными тектоническими процессами, местными изменениями пород в силу вторичных процессов (каолинизации, хлоритизации, окварцевания), постмагматических изменении и т. д. Сквозные трещины массива являются поверхностями раздела, которые препятствуют распространению волны напряжении и разрушений. У поверхности каждой трещины происходит скачкообразное падение напряжений в волне за счёт её частичного отражения от трещины, поэтому напряжения в таком массиве снижаются с расстоянием более интенсивно, чем в монолитном, а трещины от заряда распространяются на меньшее расстояние. В реальном массиве горных пород существует естественная трещиноватость, которая будет тормозить рост трещин, то есть трещины на квазистатической стадии действия взрыва будут прорастать на величину, равную среднему размеру естественного блока в массиве. Как следует из результатов расчётов, трещины в зоне трещинообразования с начальными длинами 7-8 см и более прорастают на глубину не менее, чем средний размер естественного блока (в расчётах его величина варьировалась от 0,2 до 2,0 м).
В трещиноватом массиве имеет место два механизма разрушения отдельностей при взрыве:
- волновой характер для отдельностей, пронизанных зарядом или имеющих с ним контакт;
- кинетический (механический) характер для отдельностей за пределами зоны волнового воздействия взрыва.
Поэтому выделяют две зоны разрушения - зону регулируемого дробления с прямым воздействием на породу - изменением параметров взрывного воздействия можно менять интенсивность разрушения породы; зону нерегулируемого дробления, где разрушение происходит при механическом соударении. С ростом масштаба взрыва объём этой зоны растёт.