玻璃破碎机理及痕迹分析
摘 要：众所周知，玻璃具备脆性大、抗压强度大、抗拉强度小、硬度大等特点，伴随玻璃制作技术的日益发展，玻璃的种类也日渐繁多，且被广泛运用到艺术、化学、日用、建筑、电子仪器仪表、医疗等多个领域。但是，在玻璃实际使用过程之中，可能受到诸多因素的影响，而出现破碎现象，进而给人身、财产安全带来一定威胁。故此，对玻璃破碎机理及痕迹分析展开了主要论述，希望能为现实生活中玻璃破碎原因分析，提供理论依据。
关键词：破碎原理；痕迹特征；玻璃破碎
前言
当前，我们时常能够在电视及网络上的一些新闻报道中看到，不少犯罪嫌疑人都是通过破坏玻璃，而进入到犯罪现场的，还有部分枪击案件现场，也会破坏到建筑物的门窗玻璃。所谓玻璃破碎痕迹，指的是受到外界因素影响，因为断裂所形成的形态痕迹与裂纹分布。玻璃破碎痕迹检验技术，则是检验各类异物击碎玻璃和玻璃自然断裂的痕迹，对玻璃破碎的原因与打击物的打击方向、距离、角度、种类等进行分析，进而为查明事故原因、侦查破案提供证据或是线索的一种技术[1]。由于，在实际生活之中我们所使用到的多为平板普通玻璃，因此，本文所论述的玻璃，也为平板普通玻璃。现如今，学术界在痕迹检验领域的研究重点，多放在玻璃破碎痕迹特征方面，较少有涉及玻璃破碎机理的研究，所以，本文探讨了玻璃的性质与破碎机理。
一、玻璃的性质和破碎机理简述
（一）玻璃的性质
1.玻璃的热学性质
玻璃的热膨胀系数，能够在比较大的范围内出现改变，然而玻璃的导热系数一般比较小，所以，玻璃成分的不同，即便是经受同样的温度变化，也会因导热、热膨胀系数的不同，使玻璃内产生不同的应力，故此，使得玻璃有着很大的热稳定性。
2.玻璃的机械强度
玻璃是脆性大、硬度大的一种材料，通常用抗冲击、抗拉、抗折、耐压等指标表示玻璃的机械强度。就拿普通平板玻璃而言，其抗压强度远远高过抗拉强度，达到十数倍。
（二）玻璃的破碎机理
破坏玻璃的形式多种多样，但其作用原理则可归结为热冲击载荷、机械载荷、应力波载荷这三点。
1.热冲击载荷作用
这一原理，是指因温度的急剧变化，而产生的能够让玻璃介质出现运动趋势或是运动的热应力。在火灾现场中的温度骤变，或是犯罪现场中罪犯所使用的人工热源等，对玻璃的作用，都是热冲击载荷[2]。并且，热冲击载荷加载方式不一致，其形成的裂纹也有显著差异。依据加载方式，又可把热冲击载荷分作面热源和点热源。
2.机械载荷作用
由于机械作用面所引起的玻璃介质运动趋势，或是引起介质运动的机械力，即为机械荷载。因受到机械载荷作用，所导致玻璃破碎的现象十分常见，其作用方式很多，比如玻璃划口、撬压、敲击、抛击等。在机械载荷作用之下，玻璃一般形成的裂纹有放射裂纹、弓形纹、切向裂纹、斜面樁断口。
3.应力波荷载作用
所谓应力波，指的是突跃改变介质状态的传播。形成应力波的原因有许多，玻璃受到高速气流的冲击、高速飞行物体的撞击，比如爆炸、高速抛击及枪击等，都会出现应力波荷载作用。而枪击所造成的应力波，则可形成放射纹区、末梢纹区、喇叭口蹭裂区及孔洞。
二、玻璃破碎痕迹特征
（一）枪击裂纹特征
由于子弹头有着很快的速度，若是子弹射到玻璃上，就会出现可见的枪击弹孔特征。众多枪击案件玻璃弹孔显示，多呈椭圆形或圆形，边缘有白色粉末圈，断面粗糙。层裂区出口大、入口小，呈喇叭状。在弹孔周围均匀分布着末梢纹，长度小、密度大。其放射纹呈网状与放射状分布，裂纹比较粗，形态弯曲，转折多、分叉多。玻璃弹孔是孔径大于弹径，从入口到出口，渐渐扩大的喇叭形孔洞，出口一面呈坡面，玻璃屑层层剥落，入口边缘税利、周围平整。需要注意的是，当发射距离较近的时候，还会留下一些射击残渣，比如火药粒、烟垢等。
（二）低速抛击裂纹特征
低速抛击是指，抛击速度<30m/s的时候。一般而言，物体的尺寸都会影响到裂纹的形态，洞孔不规则，直径可达数十厘米，洞孔不规则，放射纹数量少、无转折、不分叉。裂纹断口呈住面，末梢纹前沿形态和高抛相同。切向纹直径有着较大变化，不规则形、圆形，裂纹断口呈柱面。断面有着较为明显的弓形纹特征。
（三）高速抛击裂纹特征
所谓高速抛击，是指30m/s<抛击速度<70m/s，一般为气枪、弩、弹弓等抛击工具，抛击物多为钢珠、石头等。高速抛击所形成的孔洞与不规则、圆形太相近似，出口大、入口小，出口侧有较少的层裂、人口侧边缘较为锐利，孔径大于物体的直径[3]。在弹孔周围分布有呈放射状的末梢纹，长度较直、变化大。放射纹能够从作用点扩展到边界，在作用点附近断口的形态与柱面相近似，在边界附近有着较大扭曲，通常大的物体抛击的时候，有出现切向裂纹的可能，小的物体通常不会出现切向裂纹。
三、玻璃破碎裂纹分析
（一）判断冲击的方向
判断冲击方向，指的是结合玻璃破碎后形成的裂纹特征与孔洞特征，对物体的冲击方向进行分析。若能够都冲击方向做到精准判断，则能为现场是否伪造、嫌犯进入现场的方位等提供判断依据。具体而言，主要可从以下三方面进行：
一是，依据断口上弓形纹的汇聚方向进行判断。在受到抛击之后，玻璃会出现切向裂纹、末梢纹或放射裂纹。其中，末梢纹与放射裂纹断口弓形纹有着相同的汇聚方向，都是汇聚于作用点，从玻璃的自由面汇聚向入射面，而切向裂纹断口弓形纹是由玻璃的入射面汇聚向自由面。
二是，依据作用点断口进行判断。裂纹断口可以将玻璃的受力方向客观反映出来。这一方法，是孔洞类首先考虑的，且最为精准的判断方法。不论是抛击作用或是枪击作用，也不管是钢化玻璃亦或是平板玻璃，其形成的喇叭断口皆为出口大、入口小。
三是，依据现场玻璃碎块的分布位置进行判断。在冲击作用下玻璃出现破碎，而在破碎后大部分碎块会溅落到冲击方向，在一定区域内分布，通常碎块和冲击物都在同一侧分布，故此，在进行判断的时候，应留意现场是否存在清扫的可疑痕迹[4]。
（二）判断作用的方式
判断作用的方式，应综合分析玻璃破碎裂纹的分布、形态；玻璃的厚度、种类、所在的位置、与周围建筑物的距离；孔洞的规则程度、尺寸、形态；现场找到的疑似抛射物等方面。必要情况下，可开展玻璃模拟打击实验。与此同时，在枪击作用案件现场，在飞行的过程之中，子弹头的姿态是始终保持稳定的，在将玻璃击碎之后，会出现较为典型的裂纹特征。然而，在飞行姿态出现变化的时候，也就是弹头稳定性丧失的情况，对玻璃形成撞击，这时候与玻璃接触的可能是弹头的侧面，破碎裂纹和抛击情况相近似。这时候，一项重要任务就是寻找到弹头。
结语
总而言之，玻璃属于是一种非晶无机非金属材料，其主要成分为二氧化硅与其他氧化物，是由多种无机矿物质为主料并添加了少许辅助原料加工制作而成的。而玻璃破碎是一种物理现象，是玻璃受到外部力量影响，所出现的内部结构变化。对玻璃破碎机理与痕迹特征展开了进一步分析，旨在能够为玻璃使用周期的提升，及实际玻璃破碎案件地侦破，起到一定积极作用。
参考文献：
[1]梁帅.钢化玻璃破碎裂纹特征实验研究[J].四川警察学院学报，2017（2）：194.
[2]李振宇，黄定进.声屏障玻璃破碎原因及改造措施[J].城市道桥与防洪，2017（8）：297-299.
[3]廖广军.玻璃破碎的物证分析研究[J].政法学刊，2012（2）：87-90.
[4]田时均，吉嫚婷.浅谈玻璃破碎裂纹的相关问题[J].法制博览，2016（27）：181.