彈性客體上砍切痕跡特征的實(shí)驗(yàn)研究

譚鐵君

(1.西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院， 重慶 401120； 2.重慶高校刑事科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401120)

彈性客體上砍切痕跡特征的實(shí)驗(yàn)研究

譚鐵君1,2

(1.西南政法大學(xué)刑事偵查學(xué)院， 重慶 401120； 2.重慶高校刑事科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401120)

目的 研究案件現(xiàn)場出現(xiàn)的橡膠、塑料類等高彈性客體的力學(xué)性質(zhì)及其痕跡特征，尋找檢驗(yàn)此類客體上砍切痕跡的有效方法。方法 選取不同種類的工具制作彈性材料砍切痕跡樣本，并對(duì)痕跡特征進(jìn)行觀測及統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果 痕跡擦拭沿寬度與工具劈側(cè)厚度和刃口厚度有線性關(guān)系，這是工具特征的客觀反映；砍切斷面上的線條、痕止緣部位的小眼、組織連接等痕跡能穩(wěn)定反映刃口特征。結(jié)論 彈性客體與塑性客體的砍切痕跡明顯不同，其痕跡特征反映自有規(guī)律，同樣具有較高的檢驗(yàn)鑒定價(jià)值。

工具痕跡； 客體； 砍切痕跡； 痕跡特征； 彈性變形

0 引言

目前，部分技術(shù)人員對(duì)工具痕跡的利用率偏低[1]，急需各部門積極投入，提出工具痕跡檢驗(yàn)新技術(shù)和新方法?？城泻圹E是案件現(xiàn)場中典型工具痕跡，涉及客體種類繁多，如砍切人體骨骼、木材、線材等留下的痕跡[2-3]。金屬、骨骼、木材等類客體塑性好，其砍切痕跡檢驗(yàn)難度小，利用痕跡特征可識(shí)別作案工具[4-5]。近些年，橡膠、塑料及其制品被社會(huì)廣泛使用，如輪胎、電纜皮、襯墊、水晶板等，其砍切痕跡也越來越常見，其痕跡與金屬、骨骼、木材的痕跡在形成原理上相近[1-5]，但橡膠、塑料為柔性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的長鏈聚合物，因此形成痕跡時(shí)形變量大，形變后基本完全恢復(fù)，易引起痕跡特征變化，檢驗(yàn)難度大，可見對(duì)彈性客體上砍切痕跡進(jìn)行深入研究十分必要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)器材

選用立體顯微鏡、3D顯微鏡、讀數(shù)顯微鏡(精度0.01 mm)、游標(biāo)卡尺(精度0.02 mm)，厚度不同的刀具(厚度0.078 mm～1.7640 mm)、橡膠板(厚度5 mm)、塑料水晶板(厚度3 mm)、輪胎、電纜外皮、塑料管器材。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)測量方法

(1)隨機(jī)選取不同品牌且刃口厚度不同的新單刃刀10把、菜刀10把、消防斧10把并進(jìn)行編號(hào)，用游標(biāo)卡尺分別測出每把工具留痕位置的劈側(cè)厚度(以劈側(cè)切入客體的深度為基準(zhǔn))，如圖1所示。將測得的數(shù)值列表記錄；同時(shí)用讀數(shù)顯微鏡分別測出每把刀的刃口厚度，將所測數(shù)據(jù)列表記錄，數(shù)據(jù)見表1。然后用工具砍切橡膠、塑料水晶板、電纜外皮、輪胎客體制作樣本痕跡，將痕跡置于顯微鏡下觀測形態(tài)、尺寸等數(shù)據(jù)并列表記錄。因?yàn)橄鹉z彈性最大，痕跡變化也最大，其痕跡反映最具代表性，表1數(shù)據(jù)均為橡膠上痕跡的數(shù)據(jù)，其他客體痕跡反映規(guī)律不明顯，數(shù)據(jù)未列出，表中刃口、劈側(cè)厚度均值為1/2(刃口厚度加劈側(cè)厚度)。

圖1 刃部結(jié)構(gòu)

(2)隨機(jī)選取8把帶有卷刃和8把帶有缺口特征的舊刀具，觀察刀刃上卷刃、缺口的位置、形態(tài)、尺寸并測量記錄，然后用刀具的卷刃、缺口部位砍切橡膠、塑料等客體，制作足夠數(shù)量樣本痕跡，置于顯微鏡下觀察形成痕跡的特點(diǎn)、特征，比較不同客體痕跡的形態(tài)，同時(shí)測量相應(yīng)痕跡特征的尺寸、位置等數(shù)據(jù)，每個(gè)工具特征形成5個(gè)痕跡樣本，測量5次，然后取平均值記錄，將以上測得的數(shù)據(jù)列表分析，數(shù)據(jù)見表2。其中，測量的特征間距為兩個(gè)特征的中心點(diǎn)之間距離。

表1 刀具參數(shù)與對(duì)應(yīng)擦拭沿寬度數(shù)據(jù) 單位mm

表2 卷刃、缺口間距及對(duì)應(yīng)痕跡間距數(shù)據(jù) 單位mm

2 結(jié)果與討論

2.1 痕跡的形成特點(diǎn)與變化

砍切痕跡在形成過程中，在相同作用力和承受客體的條件下，由于不同砍切工具對(duì)作用力的傳遞情況不同，使承受客體被破壞的程度也不同，痕跡的深淺和寬窄也不同。在作用力相同的情況下，刃口角度比較小的工具(例如菜刀，刃口角度一般為5°左右)破壞客體時(shí)，是以切為主，漲破為輔；而刃口角度大的工具(例如斧子，刃口角度一般為15°左右)破壞客體時(shí)，是以漲破為主，切為輔，二者的痕跡反映也有區(qū)別。這種破壞方式或多或少都會(huì)引起客體的彈性變形，并隨著客體彈性變形能力的不同影響痕跡特征反映。例如木材就是一種彈性較大的客體材料，其種類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、含水率以及不同部位力學(xué)特性都不同[6-8]，一般而言材料越是堅(jiān)硬緊湊，其砍切痕跡線條反映越好[2-3]。這是因?yàn)椴牧显綀?jiān)硬緊湊，彈性變形越小，在刀具離開砍切部位后，砍切部位被擠壓的部分膨脹變形時(shí)，其變形量會(huì)越小，線條反映也越好，也越能準(zhǔn)確反映刀具特征[9-10]；反之，則痕跡線條反應(yīng)越差，越不能準(zhǔn)確反映刀具特征。

彈性客體的砍切痕跡在痕起緣上多會(huì)出現(xiàn)明顯的組織缺損、毛刺外露等邊緣不整的現(xiàn)象。這些明顯的缺損和毛刺特征與工具上的較大特征一一對(duì)應(yīng)，見圖2所示。其形成原因?yàn)榭腕w表面局部組織受到嚴(yán)重破壞時(shí)，與卷刃、缺口等較大特征接觸處材料應(yīng)力集中，對(duì)接觸部位周邊材料往往有較大的牽引作用，導(dǎo)致出現(xiàn)毛刺和牽連痕跡。經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、比較發(fā)現(xiàn)，在痕跡起緣處，痕跡特征對(duì)位置關(guān)系反映真實(shí)準(zhǔn)確，工具特征間距與痕跡特征間距基本一致，見圖3和表2中數(shù)據(jù)。表2中數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果為二者相關(guān)系數(shù)為1，具有非常好的相關(guān)性，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出其線性回歸方程為y=x-0.003，可見二者間距近似相等。但二者之間的特征形態(tài)有較大差異，特征的尺寸也不相等。檢驗(yàn)時(shí)，可以根據(jù)痕跡特征的位置來推測工具刃口的情況。

圖2 刃部特征及橡膠上痕起緣處痕跡(上為刃部,下為痕起緣)

圖3 缺口卷刃間距與橡膠上痕跡特征間距對(duì)應(yīng)關(guān)系散點(diǎn)圖

與其他類客體的砍切痕跡不同，在砍切彈性客體時(shí)，伴隨砍痕會(huì)出現(xiàn)擦拭沿，擦拭沿處于痕起緣附近客體原表面上，擦拭沿是刀具切入客體的過程中，刀刃側(cè)(劈側(cè))摩擦牽帶材料變形形成，恢復(fù)后在客體表面痕起緣處留有清晰的擦帶。在成痕過程中，刀具向下砍切客體時(shí)，刀刃平面給客體表面一個(gè)向下的壓應(yīng)力，客體材料則會(huì)給刃口和劈側(cè)產(chǎn)生一個(gè)反作用力即應(yīng)力，應(yīng)力總是把切口附近的部分材料推向工具而使其與劈側(cè)靠緊。而處于起緣的材料，則因表面自由度較大，能跟隨劈側(cè)運(yùn)行一段，當(dāng)運(yùn)行量超過材料的彈性限度時(shí)才停止。正是這部分參與了運(yùn)行的材料，在運(yùn)行停止后仍與劈側(cè)有很大的摩擦而形成明顯的擦帶。而刀具與客體脫離后，這一擦帶就留在起緣附近客體的表面上，痕跡形態(tài)見圖4所示。

圖4 菜刀砍切橡膠客體形成的擦拭沿痕跡

在砍切痕跡起緣擦拭沿表面附著有大量的白色橡膠顆粒和其他雜質(zhì)顆粒(見圖4中紅線中間的區(qū)域)，這是在砍切過程中劈側(cè)與橡膠表面摩擦牽帶而形成的，其中有部分附著物來自于砍切工具刃口上，這部分附著物對(duì)偵查破案具有很重要的作用，可以為偵查工作提供范圍和方向，在實(shí)踐工作中要特別注意加以利用。

2.2 擦拭沿痕跡分析

新刀具因無明顯缺口等明顯特征，在痕起緣處附近，客體的原表面會(huì)出現(xiàn)擦拭沿痕跡。將實(shí)驗(yàn)中測量的擦拭沿寬度數(shù)據(jù)與工具相關(guān)部位厚度數(shù)據(jù)配對(duì)，并運(yùn)用SPSS(22)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3和表4，表中刃口、劈側(cè)厚度均值為1/2(刃口厚度加劈側(cè)厚度)。對(duì)不同厚度的工具形成的擦拭沿寬度數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)當(dāng)工具留痕部位厚度不同時(shí)形成的擦拭沿寬度也明顯不同，可見擦拭沿的寬度與工具留痕部位有關(guān)系。然而表3統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明擦拭沿寬度與刃口厚度、劈側(cè)厚度以及二者均值在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異明顯，即擦拭沿寬度與它們都不相等，可見檢驗(yàn)擦拭沿痕跡時(shí)，不能將擦拭沿寬度等同于工具留痕部位的厚度，表中的標(biāo)準(zhǔn)誤數(shù)值都很小，所以抽樣數(shù)據(jù)具有代表性。表4統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明擦拭沿寬度與劈側(cè)厚度相關(guān)程度大，與刃口厚度相關(guān)程度小，且擦拭沿寬度(y)與劈側(cè)厚度(x)存在線性相關(guān)性，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的線性回歸方程為y=0.354x+0.014；運(yùn)用軟件對(duì)擦拭沿、刃頂、劈側(cè)數(shù)據(jù)(使用讀數(shù)顯微鏡3次測量數(shù)據(jù)的均值)繪制散點(diǎn)圖，如圖5～7所示，從圖中可以反映出擦拭沿寬度與劈側(cè)厚度的線性關(guān)系較好，而與刃口厚度的關(guān)系不明顯。由此可見，擦拭沿痕跡主要為劈側(cè)形成，檢驗(yàn)時(shí)可以利用擦拭沿痕跡分析工具劈側(cè)的厚度，擦拭沿痕跡寬度越大說明留痕工具的劈側(cè)越厚。

表3 擦拭沿寬度與工具相關(guān)部位厚度差異t檢驗(yàn)

表4 擦拭沿寬度與工具相關(guān)部位厚度相關(guān)性分析

圖5 橡膠上痕跡擦拭沿寬度與刃口厚度散點(diǎn)圖(單位mm)

圖6 橡膠上痕跡擦拭沿寬度與劈側(cè)厚度散點(diǎn)圖(單位mm)

在統(tǒng)計(jì)學(xué)上，雖然擦拭沿痕跡寬度與刃口厚度無明顯相關(guān)關(guān)系，但考慮到材料變形時(shí)先受到刃口剪切和擠壓，其痕跡必然受其影響，因此嘗試將刃口、劈側(cè)厚度取均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，即將1/2(刃口厚度加劈側(cè)厚度)與對(duì)應(yīng)的擦拭沿痕跡數(shù)據(jù)配對(duì)分析，結(jié)果見表3、表4。統(tǒng)計(jì)分析表明擦拭沿寬度(y)和刃口、劈側(cè)厚度均值(x)也有線性關(guān)系，且其相關(guān)程度比單一劈側(cè)數(shù)據(jù)更好(簡單相關(guān)系數(shù)更大)，且刃口、劈側(cè)厚度均值與擦拭沿寬度之差的數(shù)據(jù)分布更集中(差值標(biāo)準(zhǔn)差更小)，說明刃口、劈側(cè)厚度均值與擦拭沿寬度關(guān)系更密切，圖7更直觀地說明了這一點(diǎn)。依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的線性回歸方程為y=0.646x-0.003，由此可見，實(shí)際工作中檢驗(yàn)擦試沿痕跡時(shí)，利用擦拭沿痕跡寬度推斷工具刃口、劈側(cè)厚度的均值更準(zhǔn)確。

將實(shí)驗(yàn)樣本痕跡進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)橡膠和塑料上形成擦拭沿的寬度之間有很大差異，若用同一把工具砍切，且切入客體內(nèi)的深度相同，則橡膠客體擦拭沿寬度較塑料客體寬，橡膠客體擦拭沿斜面上有大量白色橡膠顆粒。塑料擦拭沿斜面上沒有大量塑料顆粒存在，而是在兩個(gè)斜面上形成從兩邊向中間匯聚的“弓形紋”。實(shí)驗(yàn)證明，通過兩斜面上“弓形紋”的匯聚方向，可以判斷砍切時(shí)的持刀方向，“弓形紋”匯聚的方向?yàn)楣ぞ咔岸说闹赶?，而“弓形紋”擴(kuò)散的方向?yàn)槭殖止ぞ叩姆较颍鐖D8所示。

另外，擦拭沿的寬度與刀刃的鋒利程度、砍切時(shí)的速度和用力大小有關(guān)，刀刃越鋒利，擦拭沿的寬度越窄，砍切時(shí)速度越快，擦拭沿的寬度越窄，砍切時(shí)力越大，擦拭沿的寬度越窄，反之亦然?？城械姆较虿煌瑑蓚€(gè)斷口上擦拭沿的寬度不同，砍切方向向橡膠平面傾斜的一側(cè)斷口上擦拭沿較另一側(cè)寬。缺口、卷刃對(duì)擦拭沿的寬度有較大影響。與刀刃上缺口、卷刃相對(duì)應(yīng)的斷口上有橡膠的脫落、缺損，在脫落、缺損痕起緣處形成擦拭沿，其寬度比正常刃口對(duì)應(yīng)處形成的擦拭沿寬。

圖7 擦拭沿寬度與刃頂、劈側(cè)厚度均值散點(diǎn)圖(單位：mm)

2.3 缺口、卷刃形成的痕跡分析

一般情況下，垂直于客體表面砍切彈性客體材料，缺口及卷刃會(huì)留下明顯的痕跡反映，痕跡形態(tài)有的表現(xiàn)為帶有毛刺的線條或線形缺損，有的表現(xiàn)為凸起的粗糙斑塊，有的表現(xiàn)為凹陷的線帶，有的在一個(gè)斷面上幾種形態(tài)痕跡兼而有之。刀具的缺口特征一般在砍切痕跡面上形成凸起斑塊，斑塊表面比周圍光滑平整，有時(shí)斑塊中間區(qū)域會(huì)出現(xiàn)線條，凸起斑塊的邊緣兩側(cè)都呈凹陷狀。這是因?yàn)榫植康度信鰮p掉落后，其缺口處的劈尖厚度明顯增加，而周圍劈尖厚度相對(duì)較薄，所以在砍切過程中，缺口處劈尖對(duì)斷面有較強(qiáng)的擠壓、刮擦作用，從而在砍切痕跡面上形成撕裂狀斑塊痕跡。如果材料未被砍斷，則在痕止緣上與缺口相對(duì)應(yīng)處會(huì)出現(xiàn)材料向痕跡面內(nèi)收的特征。如果工具的缺口非常大，則可能在材料的相應(yīng)部位引起膠面缺損，也可能使斑塊中間區(qū)域的線條產(chǎn)生彎曲變形。當(dāng)工具上的缺口太深時(shí)，則可能在痕止緣或痕起緣處出現(xiàn)眼鏡狀特征反映(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，如圖9、圖10所示。

圖8 “弓形紋”擴(kuò)散的方向

圖9 缺口在痕止緣的痕跡

圖10 缺口在痕起緣處的痕跡

與缺口的痕跡反映不同，卷刃形成的兩個(gè)斷面痕跡形態(tài)明顯不同，一側(cè)斷面為明顯、粗大的痕跡，此側(cè)痕跡與刃口卷曲反方向相對(duì)應(yīng)；一側(cè)斷面為材料缺損粗糙的凹面痕跡，此側(cè)痕跡與刃口卷曲方向相對(duì)應(yīng)，見圖11。這是由于砍切過程中刃口卷曲凸起的部分向下推擠、刮擦斷面，從而造成斷面部分材料的脫落缺損而形成凹面痕跡，在另一斷面的對(duì)應(yīng)部位上則形成凸起線條狀痕跡，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看出，不管是卷刃還是缺口，形成對(duì)應(yīng)痕跡的寬度與缺口、卷刃在刃口方向上的寬度基本一致。

圖11 卷刃的砍切線形痕跡

卷刃形成的痕起緣處有明顯的組織缺損，有時(shí)這種缺損一直從痕起緣延伸至痕止緣，其痕跡寬度與卷刃寬度接近，痕跡面形狀與卷刃形態(tài)大致相同。若客體未被砍斷，則在痕止緣處產(chǎn)生堆積物或未切斷的材料，這些壓縮的顆粒或塊狀碎屑可以反映出卷刃的形狀和尺寸，需要注意的是在痕跡形成后，壓縮變形的材料又恢復(fù)了原形，所以根據(jù)這部分材料測出的卷刃的尺寸略大于刃口上卷刃的實(shí)際尺寸，檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)加以區(qū)別對(duì)待，必要時(shí)需現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不能輕易否定工具。若客體被砍斷，則在痕止緣處有未被砍斷的連接組織。其成因?yàn)榫砣腥锌诿娣e比刃口其他部位刃口面積大，在砍切過程中與客體材料的摩擦力、擠壓力增大，形痕時(shí)摩擦擠壓材料，向下推擠客體使其產(chǎn)生壓縮變形，當(dāng)砍切動(dòng)作完成，刀具脫離客體后，壓縮變形的那部分材料由于彈性而恢復(fù)原來的形狀，并留在兩個(gè)斷面之間出現(xiàn)連接組織，這些連接組織的粗細(xì)、深淺、形狀能反映卷刃特征，檢驗(yàn)時(shí)可以根據(jù)連接組織的位置、形態(tài)及大小來確定嫌疑工具。

橡膠和塑料同屬于彈性客體，都具有較高的彈性，在成痕原理和特點(diǎn)上基本相同，兩類客體痕起緣、痕止緣形態(tài)基本相似，痕跡都存在組織缺損，毛刺外露、邊緣不整等現(xiàn)象，都能反映工具的卷刃、缺口特征，客體表面創(chuàng)口都存在擦拭沿，砍切斷面上都有線條痕跡，能反映出工具刃口的特征，若砍斷，都存在連接組織。然而，由于塑料的塑性等力學(xué)特性較橡膠好，二者痕跡又有一定的區(qū)別，塑料客體斷面上的線痕更為光滑、明顯、連貫，能夠較好地反映出工具刃口上細(xì)小特征，具有更高的利用價(jià)值。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，彈性客體的砍切痕跡在形成原理方面類似非彈性固態(tài)客體，但痕跡反映有自己規(guī)律，同樣具有較高的檢驗(yàn)價(jià)值。其砍切斷面上的線條痕跡、痕止緣部位的小眼、未斷離的連接組織等特征的粗細(xì)、深淺、形狀反映出了工具刃口的特征，這些特征多是工具在制造和使用過程中形成的，具有特定性和較高的檢驗(yàn)價(jià)值。彈性客體對(duì)工具刃口上卷刃、缺口等較大特征反映真實(shí)可靠，與其對(duì)應(yīng)的痕跡特征位置、尺寸基本一致，是檢驗(yàn)工作的重點(diǎn)內(nèi)容和鑒定的關(guān)鍵。

砍切的線條痕跡流向會(huì)因材料變形而發(fā)生變化，但在實(shí)踐中可以用制作樣本技術(shù)模擬修正，彈性客體上砍切痕跡的擦拭沿主要受刀具劈側(cè)、刃口影響，刀具刃口厚度、劈側(cè)厚度不同，形成的擦拭沿寬度不同；擦拭沿寬度與工具劈側(cè)厚度有線性關(guān)系，擦拭沿寬度與刃口加劈側(cè)厚度均值也有線性關(guān)系，工具參數(shù)值越大，擦拭沿越寬。同一把工具砍切橡膠形成的擦拭沿寬度大于砍切塑料時(shí)形成的擦拭沿寬度，實(shí)踐中，可以利用擦拭沿特征推斷刀具特點(diǎn)，排除嫌疑工具。

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(責(zé)任編輯 于瑞華)

譚鐵君(1969—)， 男， 遼寧沈陽人， 碩士， 副教授。 研究方向?yàn)槲镒C技術(shù)。

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