弹性客体上砍切痕迹特征的实验研究

谭铁君

(1.西南政法大学刑事侦查学院， 重庆 401120； 2.重庆高校刑事科学技术重点实验室， 重庆 401120)

弹性客体上砍切痕迹特征的实验研究

谭铁君1,2

(1.西南政法大学刑事侦查学院， 重庆 401120； 2.重庆高校刑事科学技术重点实验室， 重庆 401120)

目的 研究案件现场出现的橡胶、塑料类等高弹性客体的力学性质及其痕迹特征，寻找检验此类客体上砍切痕迹的有效方法。方法 选取不同种类的工具制作弹性材料砍切痕迹样本，并对痕迹特征进行观测及统计分析。结果 痕迹擦拭沿宽度与工具劈侧厚度和刃口厚度有线性关系，这是工具特征的客观反映；砍切断面上的线条、痕止缘部位的小眼、组织连接等痕迹能稳定反映刃口特征。结论 弹性客体与塑性客体的砍切痕迹明显不同，其痕迹特征反映自有规律，同样具有较高的检验鉴定价值。

工具痕迹； 客体； 砍切痕迹； 痕迹特征； 弹性变形

0 引言

目前，部分技术人员对工具痕迹的利用率偏低[1]，急需各部门积极投入，提出工具痕迹检验新技术和新方法。砍切痕迹是案件现场中典型工具痕迹，涉及客体种类繁多，如砍切人体骨骼、木材、线材等留下的痕迹[2-3]。金属、骨骼、木材等类客体塑性好，其砍切痕迹检验难度小，利用痕迹特征可识别作案工具[4-5]。近些年，橡胶、塑料及其制品被社会广泛使用，如轮胎、电缆皮、衬垫、水晶板等，其砍切痕迹也越来越常见，其痕迹与金属、骨骼、木材的痕迹在形成原理上相近[1-5]，但橡胶、塑料为柔性、网络结构的长链聚合物，因此形成痕迹时形变量大，形变后基本完全恢复，易引起痕迹特征变化，检验难度大，可见对弹性客体上砍切痕迹进行深入研究十分必要。

1 实验

1.1 实验器材

选用立体显微镜、3D显微镜、读数显微镜(精度0.01 mm)、游标卡尺(精度0.02 mm)，厚度不同的刀具(厚度0.078 mm～1.7640 mm)、橡胶板(厚度5 mm)、塑料水晶板(厚度3 mm)、轮胎、电缆外皮、塑料管器材。

1.2 实验方法与数据测量方法

(1)随机选取不同品牌且刃口厚度不同的新单刃刀10把、菜刀10把、消防斧10把并进行编号，用游标卡尺分别测出每把工具留痕位置的劈侧厚度(以劈侧切入客体的深度为基准)，如图1所示。将测得的数值列表记录；同时用读数显微镜分别测出每把刀的刃口厚度，将所测数据列表记录，数据见表1。然后用工具砍切橡胶、塑料水晶板、电缆外皮、轮胎客体制作样本痕迹，将痕迹置于显微镜下观测形态、尺寸等数据并列表记录。因为橡胶弹性最大，痕迹变化也最大，其痕迹反映最具代表性，表1数据均为橡胶上痕迹的数据，其他客体痕迹反映规律不明显，数据未列出，表中刃口、劈侧厚度均值为1/2(刃口厚度加劈侧厚度)。

图1 刃部结构

(2)随机选取8把带有卷刃和8把带有缺口特征的旧刀具，观察刀刃上卷刃、缺口的位置、形态、尺寸并测量记录，然后用刀具的卷刃、缺口部位砍切橡胶、塑料等客体，制作足够数量样本痕迹，置于显微镜下观察形成痕迹的特点、特征，比较不同客体痕迹的形态，同时测量相应痕迹特征的尺寸、位置等数据，每个工具特征形成5个痕迹样本，测量5次，然后取平均值记录，将以上测得的数据列表分析，数据见表2。其中，测量的特征间距为两个特征的中心点之间距离。

表1 刀具参数与对应擦拭沿宽度数据 单位mm

表2 卷刃、缺口间距及对应痕迹间距数据 单位mm

2 结果与讨论

2.1 痕迹的形成特点与变化

砍切痕迹在形成过程中，在相同作用力和承受客体的条件下，由于不同砍切工具对作用力的传递情况不同，使承受客体被破坏的程度也不同，痕迹的深浅和宽窄也不同。在作用力相同的情况下，刃口角度比较小的工具(例如菜刀，刃口角度一般为5°左右)破坏客体时，是以切为主，涨破为辅；而刃口角度大的工具(例如斧子，刃口角度一般为15°左右)破坏客体时，是以涨破为主，切为辅，二者的痕迹反映也有区别。这种破坏方式或多或少都会引起客体的弹性变形，并随着客体弹性变形能力的不同影响痕迹特征反映。例如木材就是一种弹性较大的客体材料，其种类、内部结构、含水率以及不同部位力学特性都不同[6-8]，一般而言材料越是坚硬紧凑，其砍切痕迹线条反映越好[2-3]。这是因为材料越坚硬紧凑，弹性变形越小，在刀具离开砍切部位后，砍切部位被挤压的部分膨胀变形时，其变形量会越小，线条反映也越好，也越能准确反映刀具特征[9-10]；反之，则痕迹线条反应越差，越不能准确反映刀具特征。

弹性客体的砍切痕迹在痕起缘上多会出现明显的组织缺损、毛刺外露等边缘不整的现象。这些明显的缺损和毛刺特征与工具上的较大特征一一对应，见图2所示。其形成原因为客体表面局部组织受到严重破坏时，与卷刃、缺口等较大特征接触处材料应力集中，对接触部位周边材料往往有较大的牵引作用，导致出现毛刺和牵连痕迹。经实验数据分析、比较发现，在痕迹起缘处，痕迹特征对位置关系反映真实准确，工具特征间距与痕迹特征间距基本一致，见图3和表2中数据。表2中数据经统计分析，结果为二者相关系数为1，具有非常好的相关性，依据实验数据得出其线性回归方程为y=x-0.003，可见二者间距近似相等。但二者之间的特征形态有较大差异，特征的尺寸也不相等。检验时，可以根据痕迹特征的位置来推测工具刃口的情况。

图2 刃部特征及橡胶上痕起缘处痕迹(上为刃部,下为痕起缘)

图3 缺口卷刃间距与橡胶上痕迹特征间距对应关系散点图

与其他类客体的砍切痕迹不同，在砍切弹性客体时，伴随砍痕会出现擦拭沿，擦拭沿处于痕起缘附近客体原表面上，擦拭沿是刀具切入客体的过程中，刀刃侧(劈侧)摩擦牵带材料变形形成，恢复后在客体表面痕起缘处留有清晰的擦带。在成痕过程中，刀具向下砍切客体时，刀刃平面给客体表面一个向下的压应力，客体材料则会给刃口和劈侧产生一个反作用力即应力，应力总是把切口附近的部分材料推向工具而使其与劈侧靠紧。而处于起缘的材料，则因表面自由度较大，能跟随劈侧运行一段，当运行量超过材料的弹性限度时才停止。正是这部分参与了运行的材料，在运行停止后仍与劈侧有很大的摩擦而形成明显的擦带。而刀具与客体脱离后，这一擦带就留在起缘附近客体的表面上，痕迹形态见图4所示。

图4 菜刀砍切橡胶客体形成的擦拭沿痕迹

在砍切痕迹起缘擦拭沿表面附着有大量的白色橡胶颗粒和其他杂质颗粒(见图4中红线中间的区域)，这是在砍切过程中劈侧与橡胶表面摩擦牵带而形成的，其中有部分附着物来自于砍切工具刃口上，这部分附着物对侦查破案具有很重要的作用，可以为侦查工作提供范围和方向，在实践工作中要特别注意加以利用。

2.2 擦拭沿痕迹分析

新刀具因无明显缺口等明显特征，在痕起缘处附近，客体的原表面会出现擦拭沿痕迹。将实验中测量的擦拭沿宽度数据与工具相关部位厚度数据配对，并运用SPSS(22)软件对实验数据进行统计分析，结果见表3和表4，表中刃口、劈侧厚度均值为1/2(刃口厚度加劈侧厚度)。对不同厚度的工具形成的擦拭沿宽度数据进行比较，发现当工具留痕部位厚度不同时形成的擦拭沿宽度也明显不同，可见擦拭沿的宽度与工具留痕部位有关系。然而表3统计分析结果表明擦拭沿宽度与刃口厚度、劈侧厚度以及二者均值在统计学上差异明显，即擦拭沿宽度与它们都不相等，可见检验擦拭沿痕迹时，不能将擦拭沿宽度等同于工具留痕部位的厚度，表中的标准误数值都很小，所以抽样数据具有代表性。表4统计分析结果表明擦拭沿宽度与劈侧厚度相关程度大，与刃口厚度相关程度小，且擦拭沿宽度(y)与劈侧厚度(x)存在线性相关性，依据实验数据得到的线性回归方程为y=0.354x+0.014；运用软件对擦拭沿、刃顶、劈侧数据(使用读数显微镜3次测量数据的均值)绘制散点图，如图5～7所示，从图中可以反映出擦拭沿宽度与劈侧厚度的线性关系较好，而与刃口厚度的关系不明显。由此可见，擦拭沿痕迹主要为劈侧形成，检验时可以利用擦拭沿痕迹分析工具劈侧的厚度，擦拭沿痕迹宽度越大说明留痕工具的劈侧越厚。

表3 擦拭沿宽度与工具相关部位厚度差异t检验

表4 擦拭沿宽度与工具相关部位厚度相关性分析

图5 橡胶上痕迹擦拭沿宽度与刃口厚度散点图(单位mm)

图6 橡胶上痕迹擦拭沿宽度与劈侧厚度散点图(单位mm)

在统计学上，虽然擦拭沿痕迹宽度与刃口厚度无明显相关关系，但考虑到材料变形时先受到刃口剪切和挤压，其痕迹必然受其影响，因此尝试将刃口、劈侧厚度取均值进行统计分析，即将1/2(刃口厚度加劈侧厚度)与对应的擦拭沿痕迹数据配对分析，结果见表3、表4。统计分析表明擦拭沿宽度(y)和刃口、劈侧厚度均值(x)也有线性关系，且其相关程度比单一劈侧数据更好(简单相关系数更大)，且刃口、劈侧厚度均值与擦拭沿宽度之差的数据分布更集中(差值标准差更小)，说明刃口、劈侧厚度均值与擦拭沿宽度关系更密切，图7更直观地说明了这一点。依据实验数据得到的线性回归方程为y=0.646x-0.003，由此可见，实际工作中检验擦试沿痕迹时，利用擦拭沿痕迹宽度推断工具刃口、劈侧厚度的均值更准确。

将实验样本痕迹进行比较，发现橡胶和塑料上形成擦拭沿的宽度之间有很大差异，若用同一把工具砍切，且切入客体内的深度相同，则橡胶客体擦拭沿宽度较塑料客体宽，橡胶客体擦拭沿斜面上有大量白色橡胶颗粒。塑料擦拭沿斜面上没有大量塑料颗粒存在，而是在两个斜面上形成从两边向中间汇聚的“弓形纹”。实验证明，通过两斜面上“弓形纹”的汇聚方向，可以判断砍切时的持刀方向，“弓形纹”汇聚的方向为工具前端的指向，而“弓形纹”扩散的方向为手持工具的方向，如图8所示。

另外，擦拭沿的宽度与刀刃的锋利程度、砍切时的速度和用力大小有关，刀刃越锋利，擦拭沿的宽度越窄，砍切时速度越快，擦拭沿的宽度越窄，砍切时力越大，擦拭沿的宽度越窄，反之亦然。砍切的方向不同，两个断口上擦拭沿的宽度不同，砍切方向向橡胶平面倾斜的一侧断口上擦拭沿较另一侧宽。缺口、卷刃对擦拭沿的宽度有较大影响。与刀刃上缺口、卷刃相对应的断口上有橡胶的脱落、缺损，在脱落、缺损痕起缘处形成擦拭沿，其宽度比正常刃口对应处形成的擦拭沿宽。

图7 擦拭沿宽度与刃顶、劈侧厚度均值散点图(单位：mm)

2.3 缺口、卷刃形成的痕迹分析

一般情况下，垂直于客体表面砍切弹性客体材料，缺口及卷刃会留下明显的痕迹反映，痕迹形态有的表现为带有毛刺的线条或线形缺损，有的表现为凸起的粗糙斑块，有的表现为凹陷的线带，有的在一个断面上几种形态痕迹兼而有之。刀具的缺口特征一般在砍切痕迹面上形成凸起斑块，斑块表面比周围光滑平整，有时斑块中间区域会出现线条，凸起斑块的边缘两侧都呈凹陷状。这是因为局部刀刃碰损掉落后，其缺口处的劈尖厚度明显增加，而周围劈尖厚度相对较薄，所以在砍切过程中，缺口处劈尖对断面有较强的挤压、刮擦作用，从而在砍切痕迹面上形成撕裂状斑块痕迹。如果材料未被砍断，则在痕止缘上与缺口相对应处会出现材料向痕迹面内收的特征。如果工具的缺口非常大，则可能在材料的相应部位引起胶面缺损，也可能使斑块中间区域的线条产生弯曲变形。当工具上的缺口太深时，则可能在痕止缘或痕起缘处出现眼镜状特征反映(形如手印的小眼特征)，其位置、大小可反映缺口在刃口上的位置以及尺寸，如图9、图10所示。

图8 “弓形纹”扩散的方向

图9 缺口在痕止缘的痕迹

图10 缺口在痕起缘处的痕迹

与缺口的痕迹反映不同，卷刃形成的两个断面痕迹形态明显不同，一侧断面为明显、粗大的痕迹，此侧痕迹与刃口卷曲反方向相对应；一侧断面为材料缺损粗糙的凹面痕迹，此侧痕迹与刃口卷曲方向相对应，见图11。这是由于砍切过程中刃口卷曲凸起的部分向下推挤、刮擦断面，从而造成断面部分材料的脱落缺损而形成凹面痕迹，在另一断面的对应部位上则形成凸起线条状痕迹，通过对实验测得的数据进行分析可以看出，不管是卷刃还是缺口，形成对应痕迹的宽度与缺口、卷刃在刃口方向上的宽度基本一致。

图11 卷刃的砍切线形痕迹

卷刃形成的痕起缘处有明显的组织缺损，有时这种缺损一直从痕起缘延伸至痕止缘，其痕迹宽度与卷刃宽度接近，痕迹面形状与卷刃形态大致相同。若客体未被砍断，则在痕止缘处产生堆积物或未切断的材料，这些压缩的颗粒或块状碎屑可以反映出卷刃的形状和尺寸，需要注意的是在痕迹形成后，压缩变形的材料又恢复了原形，所以根据这部分材料测出的卷刃的尺寸略大于刃口上卷刃的实际尺寸，检验时应加以区别对待，必要时需现场模拟实验验证，不能轻易否定工具。若客体被砍断，则在痕止缘处有未被砍断的连接组织。其成因为卷刃刃口面积比刃口其他部位刃口面积大，在砍切过程中与客体材料的摩擦力、挤压力增大，形痕时摩擦挤压材料，向下推挤客体使其产生压缩变形，当砍切动作完成，刀具脱离客体后，压缩变形的那部分材料由于弹性而恢复原来的形状，并留在两个断面之间出现连接组织，这些连接组织的粗细、深浅、形状能反映卷刃特征，检验时可以根据连接组织的位置、形态及大小来确定嫌疑工具。

橡胶和塑料同属于弹性客体，都具有较高的弹性，在成痕原理和特点上基本相同，两类客体痕起缘、痕止缘形态基本相似，痕迹都存在组织缺损，毛刺外露、边缘不整等现象，都能反映工具的卷刃、缺口特征，客体表面创口都存在擦拭沿，砍切断面上都有线条痕迹，能反映出工具刃口的特征，若砍断，都存在连接组织。然而，由于塑料的塑性等力学特性较橡胶好，二者痕迹又有一定的区别，塑料客体断面上的线痕更为光滑、明显、连贯，能够较好地反映出工具刃口上细小特征，具有更高的利用价值。

3 结论

本研究结果表明，弹性客体的砍切痕迹在形成原理方面类似非弹性固态客体，但痕迹反映有自己规律，同样具有较高的检验价值。其砍切断面上的线条痕迹、痕止缘部位的小眼、未断离的连接组织等特征的粗细、深浅、形状反映出了工具刃口的特征，这些特征多是工具在制造和使用过程中形成的，具有特定性和较高的检验价值。弹性客体对工具刃口上卷刃、缺口等较大特征反映真实可靠，与其对应的痕迹特征位置、尺寸基本一致，是检验工作的重点内容和鉴定的关键。

砍切的线条痕迹流向会因材料变形而发生变化，但在实践中可以用制作样本技术模拟修正，弹性客体上砍切痕迹的擦拭沿主要受刀具劈侧、刃口影响，刀具刃口厚度、劈侧厚度不同，形成的擦拭沿宽度不同；擦拭沿宽度与工具劈侧厚度有线性关系，擦拭沿宽度与刃口加劈侧厚度均值也有线性关系，工具参数值越大，擦拭沿越宽。同一把工具砍切橡胶形成的擦拭沿宽度大于砍切塑料时形成的擦拭沿宽度，实践中，可以利用擦拭沿特征推断刀具特点，排除嫌疑工具。

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(责任编辑 于瑞华)

谭铁君(1969—)， 男， 辽宁沈阳人， 硕士， 副教授。 研究方向为物证技术。

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