Файл: Кушнарев Д.М. Использование энергии взрыва в строительстве.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 133

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

щества с раствором суспензии), взрывной кольматаж протекает неактивно. По-видимому, этот случай характерен для глинисто­ го грунта, а случай активного взрывного кольматажа — для песчаных грунтов.

Р

эеРт

Рис. 71. Изменение параметров взрывной кольматации на границе свободной поверхности в зави­ симости от времени проникания микрочастиц в по-

ровое пространство

грунта

 

3. ФИЛЬТРАЦИЯ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ПОРИСТУЮ СРЕДУ

 

ПОСЛЕ ВЗРЫВНОЙ КОЛЬМАТАЦИИ

 

 

Как уже отмечалось, после взрыва

микрозаряда

коэффициент

проницаемости пористой среды

уменьшается:

 

k (X, со) = k0 {1 -

У

e~x/2Lj .

(VII.45)

Рассмотрим следующий опыт (рис. 72).

Пусть над средой толщиной z сверху находится жидкость, которая под действием силы тяжести и постоянного градиента давления протекает через эту пористую среду. В результате со-

178

здается стационарный поток жидкости. Если вначале пористая среда имеет коэффициент проницаемости Іг0, то поток будет ра­ вен i/o—потоку, который и входит в формулу (VI 1.45). После взрыва микрозаряда коэффициент проницаемости пористой сре­ ды уменьшится и в результате

установится новый поток q<C <<7оНеобходимо определить, на сколько снизится интенсив­ ность нового потока:

 

 

 

 

 

_о_

 

(VII.46)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<7о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Это

отношение

будет характе­

 

 

 

 

ризовать

уменьшение

фильт­

 

 

 

 

рации

через

пористую

среду,

 

 

 

 

подвергшуюся процессу взрыв­

 

 

 

 

ной

кольматации.

Поскольку

 

 

 

 

жидкость

принята

несжимае­

 

 

 

 

мой,

уравнение

неразрывности

 

 

 

 

имеет

вид:

 

 

 

 

 

 

Рис. 72. Схема процесса фильтра­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^ •

 

= 0.

 

(VII.47)

ции

жидкости после взрывной коль­

 

 

 

 

 

 

 

матации

грунта

 

 

 

дх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение

Дарси

 

учетом силы

тяжести может быть пред

ставлено в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

и =

A

(ЕЕ

+

Pg

(VII.48)

 

 

 

 

 

 

 

 

(J,

\ дх

 

 

 

где

ц. — коэффициент

вязкости;

р— давление;

р — плотность

жидкости; g— ускорение силы

тяжести; и — скорость потока.

Вводя площадь поверхности s, можно связать величину по­

тока со скоростью протекания жидкости:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q =

sv.

•

 

(VII.49)

В результате получаем дифференциальное уравнение для

давления:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

д_

sk

(dp

,

„

0.

(VII.50)

 

 

 

 

 

 

дх

— [Т-

+

Р8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ц-

\дх

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интегрируя это уравнение по х,

получим:

 

 

 

 

 

 

-f{fx

+ Р * ) = ?

= const,

(VII.51)

откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

др

 

 

+

Pg.

(VII.52)

 

 

 

 

 

 

 

дх

 

sk

12*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

179

Проинтегрируем

уравнение

(VI 1.52)

по х

от 0 до

z:

для перепада давления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

р

( 0 ) - р

( 2

) ^ ? [ ^

+

pgz;

(VII.53)

для потока

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

~Цг)\1-

 

 

? ] ,

 

 

 

(VII. 54

 

z

 

 

 

 

где

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Др = р ( 0 ) - р ( 2

) ;

ft

'

= ±

. Г

-

^

- .

(VII.55)

 

 

 

 

(г)

z

,)

к

(л-)

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

Величина &(z) представляет собой среднегармоннческое значение проницаемости, которое и определяет поток жидкости.

Учитывая, что

перепад

давления

в обоих случаях

одинаков,

 

 

n=hVLf

 

(VII.56)

 

 

*о (z)

 

 

а поскольку k0(z)

—k0,

 

 

 

 

 

n = ÏP-.

 

(VII.57)

 

 

_ 0

 

 

Подставляя выражение

для ß(z)

из (VII.55) и (VI 1.45), по­

лучим:

 

 

 

 

п =

 

 

.

(VII.58)

 

_1_ (•

dx

 

 

 

z

 

 

 

( ' - і / ' - т Ѵ " і '

Так как коэффициент проницаемости пористой среды изме­ няется на расстоянии от нуля до 2L, приближенно получим:

Л = ^ - Ѵ т = $ -

{ Ѵ І І - 5 9 )

Эта зависимость показывает, во сколько раз снизилась ин­ тенсивность потока в кольматационной пористой среде по срав­ нению с первоначальным до кольматации. Так как концентра­ ция взвешенных твердых частиц пористой среды ô o C I , а пори­ стость вновь образованного слоя может быть близка к единице, показатель фильтрации может быть достаточно мал:

е = 1 — ô„ — ê (где Г « ô„)

(VII.60)

при

 

« = j - ( | l ) ' « . .

( Ѵ . Ш )

\80

4. ОБОБЩЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ БОЛЕЕ СЛОЖНЫХ СЛУЧАЕВ

Рассмотрим возможность обобщения результатов для более

сложных

случаев

при

взрыве

микрозаряда

в

некоторой обла­

сти, заполненной

жидкостью

(см. рис. 67, а,

б). При наличии

плоской

поверхности

пористой

среды в точку с координатами

(О, у) придет прямая

ударная

волна, а также отраженная вол­

на. Амплитуды прямой и отраженной волн

в точке с координа-

 

 

 

а)

 

а)

тами (0, у) будут меньше, чем в точке с координатами (0, 0), и время между приходом прямой и отраженной волн будет со­ ставлять:

/' = У у 2 + ( 2 Я + / Q 3 - ѴѴ + '»8 .

(VII.62)

°0

 

при у » Я

 

,2 (Я 4- Л)

где taK — ——•—-

— время

между приходом

прямой

и

отра-

женной

волн

в точку

с координатами (0, 0).

Следовательно,

чтобы

определить изменение

параметров со

временем

в

точке

с координатами

(0, у),

нужно использовать

систему уравнений

(VI 1.25), так

как

параметр К в этой точке меньше, чем в точке с

координатами

(0, 0). Амплитуда ударной волны уменьшается по

мере удаления от источника взрыва. По мере удаления точки от

оси x

уменьшаются также постоянная времени Ѳ и время меж­

ду приходом прямой и отраженной волн.

 

 

В результате имеем ранее рассмотренный случай неактив­

ного

взрывного

кольматажа

согласно

формулам

(VII.43)

(рис.

71):

 

 

 

 

 

 

р. = С Л ( 1

- е ) « 1 .

 

(ѴІІ.64)

Усиление процесса взрывного

кольматажа, очевидно, будет

в том

случае, если

вместо точечного заряда

взорвать

шнуровой

181

заряд,

расположенный

параллельно

поверхности

пористой

среды.

 

 

 

 

 

При

взрыве

микрозаряда в полости, заполненной водой

(см. рнс. 67,6),

в точку

с координатами

(0,0) будут

приходить

прямая ударная волна и отраженная от свободной поверхности.

Для других точек в роли

свободной

поверхности будут стенки

/ nepuоû

iï период

Ш период

SL

 

 

±J-XXJ-JUl

Рис. 74. Периоды статической и взрывной колычатацни

1—период, предшествующий взрыву подвесного мпкрозаряда, в течение которого уста­ навливается концентрация взвешенных частиц в слое обратноупавшего и нарушенного грунта (статическая кольматация) ; // — период, характеризующий действие взрыва при создании упроченных и антнфнльтрацнонных слоев грунта (взрывная кольматация); 41 — период, соответствующий последующему после взрыва этапу, в течение которого

устанавливается равновесный поток жидкости, отличающийся от первоначального

полости и волны будут отражаться от стенок. Идеальным яв­ ляется случай взрыва микрозаряда, расположенного в замкну­ той сферической полости (рис. 73,а).

Очевидно, что при определенном радиусе этой сферы, когда H=faKA(l—е) > 1 (где t"aK= — —время между приходом пря-

мой волны и отраженной от стенки полости), будет протекать активный процесс взрывного кольматажа. Указанные парамет­ ры будут изменяться со временем, согласно формулам (VII.36) (рис. 69 и 70). При произвольном профиле полости будут изме­

няться

области как активного, так и

неактивного

взрывного

кольматажа.

 

 

 

 

На

рис. 73,6

зоны активного процесса

кольматажа

при

взры­

ве микрозаряда

в цилиндрической полости заштрихованы

(гра­

ницы области

z<^h).

 

 

 

Таким образом, области активного процесса взрывной кольматации, очевидно, определяются в основном геометрией стенок

полости. На основании решения задачи о физическом

процессе

взрывного кольматажа его можно разбить на три

периода

(рис. 74) :

 

!82

Смотрите также файлы