自由面条件在岩体爆破中对爆破效果所起的积极作用早已成为爆破界的共识,利用自由面增大破岩效率、减小爆破振动一直是爆破工程研究的热点之一。然而,自由面条件对爆破效果影响的机理尚未有专门、系统的深入研究,因此进行自由面条件对爆破效果的影响研究,有利于爆破理论和爆破设计的发展与完善,因而具有重要的理论和实践意义。论文采用动力有限元数值模拟方法,研究了不同自由面条件对爆破效果中裂纹扩展、破碎效果和爆破振动的影响作用,并以隧道工程为背景,分析自由面条件对降振爆破效果的影响问题,论文的主要研究内容和取得的成果主要体现在如下四个方面。根据岩体爆破破碎理论分析了自由面对爆破应力波传播和爆破效果的影响,研究了爆炸冲击波的能量分布规律和爆破裂纹扩展理论。利用数值模拟实验,分析了自由面如何影响爆破中岩石裂纹开展和破碎效果。研究表明,自由面产生的反射波会对裂隙区的发展起到促进和导向作用,自由面反射波作用范围内岩体破碎得到加速发展。接着从能量角度分析了自由面在岩体爆破破岩机理的作用,进而分析研究了自由面对爆破应力波参数的影响,其结果表明,自由面的存在改变了爆炸能量的分布特征,导致破碎能量的增加以及爆破振动能量的相应减少;自由面会使得爆破应力波的峰值应力衰减加快、质点峰值速度衰减减慢,还改变了爆破应力波的加载波形。以隧道工程为背景,通过数值模拟研究了自由面数量对爆破地震效应的影响机理,研究表明,爆破开挖时自由面数量显著影响隧道结构和围岩的峰值振动速度,分部开挖较全断面开挖相比,自由面数量越多,爆破引起的峰值振速越小,在降振爆破设计中应考虑自由面数量因素的影响。结合立井掘进爆破中工作面常积水的情况,分析了无水和有水两种自由面类型对爆破效果和振动速度的影响。研究结果表明,含水自由面的存在会加快爆破冲击波的衰减,从而对破岩效果产生影响;自由面积水对爆破振动速度有减弱的作用,其减弱的具体数值与水和岩石的波阻抗有关。通过平直、凹形和凸形自由面条件的爆破数值模拟对比试验,分析了三者对爆破破碎效果和效率的影响,其结果表明,凸形自由面时的爆破破碎体积最大,凹形自由面的爆破体积最小;为了反映自由面曲率对爆破破碎体积的影响,提出一个“临界曲率”的概念,当自由面曲率高于临界曲率值时药包附近的扩腔破碎区和反射拉伸波形成破坏区可以贯通,明确在设计爆破参数时,要考虑曲率参数,适当改造自由面形状,可提高爆破效果。