Файл: Кушнарев Д.М. Использование энергии взрыва в строительстве.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 118
Скачиваний: 0
В данном случае роль инертных сил играют силы давления взрывных газов, пространственный масштаб отсутствует и время составляет несколько миллисекунд, а потому сжимаемостью можно пренебречь. Основная часть энергии взрыва расходуется на необратимое пластическое деформирование грунта и лишь ничтожная ее часть ( « 1%) — на упругие волны и побочные эф
фекты. Следовательно, вопрос, который непосредственно |
связан |
||
с теорией упругости, и величина |
р * = Р м а к с остаются |
без |
всяких |
изменений. Изменения коснутся |
только формул (XI.3) |
и |
(XI.8), |
и в них надо подставлять значение показателя адиабаты у. Учи тывая, что давление передается без всяких искажений через слой жидкости и, считая, что у = 3, получим вместо (XI.8) следующую формулу:
(XI.38)
Подставляя значения р* по формулам (XI.32) и (XI.35) в формулу (XI.38) и переходя к поперечным размерам полостей, получим:
|
|
|
|
(XI.39) |
|
|
|
|
(XI. 40) |
где f(x) |
и ф(х) определяются |
по формулам (XI.33) |
и |
(XI.36) |
(см. рис. 90). |
|
|
|
|
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ |
|
|
||
ВЗРЫВА ЗАРЯДОВ В ГРУНТАХ |
|
|
|
|
И ЖИДКИХ ЦЕМЕНТИРУЮЩИХ СРЕДАХ |
|
|
||
Для сравнения данных, полученных по теоретическим |
зависи |
|||
мостям |
(XI.32), (XI.35), (XI.39) и (XI.40), с опытными |
данными |
||
нужно |
знать входящие в них |
упругие константы Е |
п |
т, ха |
рактеризующие каждый грунт. Модуль Юнга, как известно, не посредственно дает энергию продольных упругих волн, и его
можно определить по формуле Е = рс2 |
(где р — плотность грунта; |
||||||||
с — скорость звука). |
|
|
|
|
|
|
|||
Для двух |
предельных |
состояний |
плотного |
водонасыщен- |
|||||
ного |
грунта, |
лишенного |
защемленного |
воздуха |
(р = 2 |
г/см3 |
|||
il с = |
1600 |
м/сек), и рыхлого неводонасыщенного |
песка |
(р |
= |
||||
= 1,5 |
г/см3 |
и с = 50 м/сек) |
модули Юнга1 |
изменяются от 3,8 |
до |
||||
1 Данные заимствованы из книги Г. М. Ляхова «Основы динамики взры ва в грунтах и жидких средах».
220
3880 кгс/см2. Поэтому для ориентировочных расчетов можно при нять следующие значения модуля упругости Е в кгс/см2:
Насыпной |
песок |
25 |
Лёсс |
|
500 |
Насыпной |
суглинок |
600 |
Суглинок |
|
800 |
Глина |
|
1000 |
Для определения максимального сдвигающего напряжения будем использовать принятые значения модуля упругости Е и из вестные из опыта коэффициенты относительного уплотнения £ =
= ( Р і -р °>™™ , При этом в формулах (ХІ.27), (ХІ.ЗО) примем
Ро
<т=0,25, £ = 0,1 Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g = |
(Pi-Po)M aKc = |
3I gg[(i4T _8,2aT ) |
\ / |
(—) |
+ 0 , 2 4 а т |
] ; |
|||
|
Po |
Е |
{ |
|
|
у |
\ а /макс |
J |
|
|
|
|
|
|
для глинистых |
грунтов; |
|
||
|
|
|
|
|
-для |
песчаных |
грунтов, |
|
|
где |
|
|
|
|
0,25*3/Ч *~1А1; |
|
|
||
|
£ ( * ) - [ 1 - |
1,35* + |
|
|
|||||
|
|
|
|
(0 < X < |
1) |
|
|
|
|
|
h (х) = |
[ 1 - |
11,2л: + |
ІО.Зх4] x _ 1 / l . |
|
|
|||
Поскольку во всех |
практически |
важных случаях х-СІ, то |
|||||||
можно |
принять g(x) œh(x) |
хх~ХІ>.Тогда |
для сдвигового |
напря |
|||||
жения т получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
x=AgßF, |
|
|
|
|
(XI.41) |
где А — константа, |
равная |
0,13 для глинистых |
грунтов |
и 0,07 |
|||||
для песчаных.
При одних и тех же значениях относительных уплотнений g относительная величина наибольших касательных напряжений в глинистых грунтах больше, чем в песчаных, что соответствует физическому смыслу. Если коэффициент относительного уплотне ния g по порядку величины равен 1, то приближенно можно счи тать х = — « 0 , 1 , однако в каждом конкретном случае указан-
Е
ную величину можно определить по формуле (XI.41).
t |
-m |
Чт/Чо |
|
7 |
3 I |
|
|
•
ü 1 2 3 ¥ О 5О 7
])экс
Рис. 92. Изменение коэффициента расширения полости под действием взрыва
а — в зависимости от размера полости: б — в зависимости от плотности грунта; /—теоре тическая кривая; 2 — экспериментальные данные
В результате сравнения (рис. 92) установлено соответствие расчетных и экспериментальных данных (особенно для плотных глин). Некоторое расхождение данных для суглинка, по-види мому, объясняется недостаточно точным подбором упругих кон стант.
Интересно выяснить, как изменяется коэффициент расшире
ния полости т] = — в зависимости от плотности грунта р. Для
"о
взрыва микрозарядов в скважинах, заполненных жидкой сре дой, указанная зависимость приближенно может быть опреде лена по формуле
Чт = % 1 / |
— , |
(ХІ.42) |
где ро — некоторое фиксированное |
значение плотности |
грунта, |
при которой коэффициент расширения полости равен г|о. Для на сыпного песка Р о = 1,3 г/см3 и Ï)O = 5,5. .
В целом график па рис. 92,6 подтверждает снижение коэф фициента расширения полости с увеличением плотности грунта, однако вследствие скученности экспериментальных точек деталь ная закономерность зависимости — = # ( — ] не прослежи-
Ло \ Ро /
вается.
Пористость грунта п изменяется приблизительно на 10%, и в основном вблизи заряда в пределах радиуса действия взрыва. Зависимость коэффициента расширения ц от пористости вывести невозможно вследствие очень сложной зависимости упругих свойств среды от п. Зависимость величины т) от пористости весь ма слабая, по крайней мере в исследуемом интервале значений
222
Рис. 93. Зависимость коэффици ента расширения цилиндриче ской полости il от пористости п
1
П I 1—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I I I І І І . . ,
SS |
40 |
45 |
SO п,% |
/і=35-^-45% (рис. 93). По-видимому, пористость оказывает влияние на упругие константы грунта, и прежде всего на скорость распространения упругих продольных волн в грунте. Более важ ное значение пористость приобретает в явлениях взрывного кольматажа.
4. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ О ВЗРЫВНОЙ КОЛЬМАТАЦИИ С УЧЕТОМ ДВИЖЕНИЯ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА
Как уже указывалось, процесс взрывной кольматации можно разбить на следующие три периода: перед взрывом микрозаря да, непосредственно во время взрыва и после взрыва.
При смещении стенок полости под действием взрыва первый и третий этапы фактически не изменяются, так как носят стати ческий характер. Действие взрыва сводится к закупорке капил лярных трубок, соединяющих поровые полости, и заметного из менения пористости не отмечается. Поэтому при неизменной по ристости значительно изменялся коэффициент проницаемости пористой среды и улучшались антифильтрационные свойства стенок полости.
В данном случае при смещении границы раздела грунт—мел кодисперсная среда в условиях необратимого пластического де формирования грунта пористость также уменьшается примерно на 10%, что нужно учитывать во всех уравнениях.
При взрыве вертикально расположенного непрерывного ци линдрического заряда в цилиндрической полости значительно увеличивается зона активного процесса кольматации (рис. 94, косая штриховка). В отличие от взрыва сосредоточенных заря дов, когда активному процессу кольматации подвергаются лишь близко расположенные к заряду области, при взрыве бесконечно длинного заряда взрывной кольматации подвергается вся по верхность стенок полости. На третьем этапе вследствие увеличе ния объема полости и неизменности массы мелкодисперсной сре ды происходит некоторое понижение уровня жидкости в скважи не, поэтому та часть стенок, которая расположена вблизи поверхности, не подвергается действию статической кольмата ции. Такой эффект является краевым, поэтому его можно не учи тывать.
Рис. 94. Картина активного процесса кольматации при взрыве заряда
вжидкой среде
/— заряд ВВ; 2 — жидкость; 3 — грунт
Второй период начинается с момента прихода в данную точ ку ударной волны и продолжается до тех пор, пока изменяется давление в данной точке. Поэтому для узкой скважины можно пренебречь запаздыванием и считать, что процесс взрывной коль матации начинается сразу же в момент взрыва и длительность его обусловлена шириной фронта ударной волны, т. е. намного меньше характерного времени для задачи о гидродинамическом ударе. Поскольку время наблюдения на указанном этапе мень ше времени прохождения фронта ударной волны через границу, то задача имеет существенно волновой характер и с точки зре ния процесса взрывной кольматации нельзя считать, что давле ние на стенку полностью имитирует давление па границе газовой камеры.
Для определения таких характеристик, как градиент давле ния, ширина фронта и пр., необходимо рассчитывать параметры ударных волн при взрыве в жидкой среде, используя формулу, которая характеризует действие заряда:
|
|
х • |
• * |
» |
- |
• |
< X L 4 3 ) |
где k0 |
— первоначальный |
коэффициент |
проницаемости пористой |
||||
|
среды; |
|
|
|
|
|
|
R3—эквивалентный |
радиус заряда |
(сосредоточенного); |
|||||
h—отношение |
расстояния |
между |
зарядом |
и данной точ |
|||
|
кой к эквивалентному радиусу |
заряда; |
|
||||
с0— скорость звука в жидкости; |
|
|
|
||||
L |
— характерный масштаб длины: |
|
|
||||
|
|
L = |
^ |
. |
|
(XI.44) |
|
|
|
|
Ат0 |
(1 — е) |
|
|
|
224
