Файл: Подводные и подземные взрывы сб. ст.pdf

талось соответствующим плотности зерна при нулевом давлении. Разница в удельных объемах между адиаба­ той разгрузки и адиабатой Гюгонио связана с объем­ ным расширением из-за нагревания. Адиабаты раз­ грузки для твердого компонента рассчитаны по урав­ нению состояния Ми — Грюнайзена [11]:

Р = Р Н + - ^ ( Е - Е Н),

где Рн и Ен — давление и энергия на 1 г для адиабаты Гюгонио, У — удельный объем и Г — так называемый коэффициент Грюнайзена. Предполагалось, что коэффи­ циент Грюнайзена зависит только от объема, и в расче­ тах было принято, что отношение Г/У постоянно и рав­ но 0,5. Это приближение приводит к неточности в удель­

где Уо — удельный объем горной породы при нулевом давлении.

Общее изменение объема До некоторого элемента двухкомпонентной системы равно

Ди = Дг% + Дол>

где Дщу и Дол — изменения объемов водного и твердого

компонента соответственно. Удельный объем системы Уз определялся при каждом давлении из адиабат разгруз­ ки обоих компонентов выражением

V's = R „ i V R + W ViV'w,

где V'R и Уш— удельные объемы на соответствующих адиабатах разгрузки компонентов. На рис. 3 приведены

«Скунер», подсчитанные таким способом. На рис. 4 и 5 приведены рассчитанные адиабаты для туфа «Скунер» и гранита «Хардхэт» при разгрузке от давлений на адиабате Гюгонио, равных 100, 200, 300, 500, 700, 1000

кбар.

производились экспериментальные измерения и получен­ ные результаты оказались доступными. К сожалению, при ядерных взрывах не удается провести обширных из­ мерений. Часто радиус полости измеряется при помощи скважины, пробуриваемой в район взрыва. При взры­ вах на выброс обычно измеряют только скорость дви­ жения свободной поверхности и размеры образующейся воронки. В некоторых случаях измеряют максимальное давление в ударной волне и время ее прихода. Для нас представляют интерес подземные ядерные взрывы при высоком или малом содержании воды в горной породе вблизи центра взрыва.

Горная порода с малым содержанием воды

Взрыв «Хардхэт» с энергией 5 кт был выбран в ка­ честве примера взрыва в горной породе с низким содер­ жанием воды. Для гранита «Хардхэт» имеется хорошо определенная ударная адиабата Погонно; кроме того, многочисленные измерения прочности были проведены на образцах, взятых из этого гранита. Предварительно проведенные расчеты хорошо согласуются с измерен­ ными значениями пиковых напряжений, пиковых скоро­ стей перемещения частиц, с временами прихода удар­ ных волн и радиусом полости [5, 3]. Взрыв «Шоал» был проведен в аналогичной горной породе, и измеренные значения пиковых напряжений подобны соответствую­ щим величинам взрыва «Хардхэт» [8].

Два расчета были проведены при помощи одинако­ вых адиабат ударного сжатия и прочностных соотноше­ ний для описания поведения среды. В первом расчете предполагалось, что разгрузка среды происходит сна­ чала по адиабате ударного сжатия, а при давлениях ниже 40 кбар разгрузка в гидростатических условиях. Второй расчет был выполнен при использовании опи­ санной выше разгрузки с адиабаты Гюгонио для горной породы с весовым содержанием воды 0,5%, как пока­ зано на рис. 5. Рассчитанные значения пиковых ра­ диальных напряжений в зависимости от расстояния для обоих случаев и результаты, полученные при взрывах «Хардхэт» и «Шоал» в пересчете на 1 кг, приведены на

Р и с. 6. Зависимость измеренных пиковых радиальных напряжений от расстояния для взрыва «Хардхэт» в сравнении с напряжениями, рассчитанными с использованием водо-подпорной модели и без нее.

По оси ординат: пиковое радиальное напряжение, Мбар. О . данные взрыва «Шоал»; □, данные взрыва «Хардхэт».

ВЛИЯНИЕ ВОДЫ НА ЭФФЕКТЫ ПОДЗЕМНЫХ ВЗРЫВОВ 275

рис. 6. На рис. 7 даны рассчитанные радиальные напря­ жения в зависимости от расстояния через 12 мс после взрыва. Для взрыва «Хардхэт» измеренное пиковое ра­ диальное напряжение на расстоянии 61,9 м от центра взрыва составило 4 кбар. На рис. 8 показан аналогич­ ный профиль через 25 мс после взрыва. Измеренное пт

Р и с. 9. Развитие полости при взрыве «Хардхэт», рассчитанное с использованием водо-подпорной модели и без нее.

Обозначения см. под рис. 6.

новое радиальное напряжение на расстоянии 109,7 м составляло 1,25 кбар. На рис. 9 приведены результаты расчета расширения полости.

Горная порода с высоким содержанием воды

В качестве взрыва, проведенного в горной породе с высоким содержанием воды, был выбран взрыв «Скунер» с энергией 31 кт. Взрыв «Скунер» был произведен на небольшой глубине для того, чтобы образовалась воронка. На основании предварительно проведенных расчетов пиковая откольная скорость ожидалась равной 34 м/с, что оказалось на 30% меньше измеренной при взрыве скорости, равной 50 м/с [4]. Низкое значение

предсказанных скоростей соответствует крайнему слу­ чаю, когда образование кратера определяется только одним механизмом ускорения верхнего слоя горной по­ роды— отколом. Можно подозревать, что высокое со­ держание воды в окружении взрыва «Скунер» является причиной большого расхождения предсказанных и из­ меренных величин.

В р ем я ,т с

Для взрыва «Скунер» было проведено два расчета при помощи одних и тех же уравнений состояния и прочностных свойств среды. В первом расчете использо­ вались адиабата Гюгонио и кривые разгрузки, получен­ ные при гидростатических измерениях до 40 кбар [12]. Второй расчет был выполнен на основе кривых раз­ грузки с адиабаты Гюгонио, полученных по водо-под­ порной модели для весового содержания воды 27,6% (рис. 5). На рис. 10 дан график скорости свободной по­ верхности в обоих случаях. Отметим, что в первом слу­ чае скорость откола получается такой же, как и в предварительном расчете. Когда же используется водо­ подпорная модель, рассчитанное значение скорости сво­ бодной поверхности оказывается близким к измеренному.

воды вблизи точки взрыва был рассчитан на основе взрыва «Бенхам» с энергией 1 Мт. Туф при взрыве «Бенхам» был насыщен водой со средним весовым со­ держанием 13,4% [12]. На рис. 11 приведена адиабата Гюгонио для туфа, построенная по экспериментальным данным, сообщенным Хордом. На рис. 12 показаны результаты расчета разгрузки туфа после ударного сжатия.

При взрыве «Бенхам» были проведены измерения пиковых давлений и времен прихода волны вблизи от центра взрыва для определения энерговыхода взрыв­ ного устройства. Были выполнены расчеты на основе кривых разгрузки, представленных на рис. 12. Резуль­ таты измерений времен прихода ударной волны, пред­ ставленные Сайсмором и полученные при помощи SLIFER-метода [6], приведены на рис. 13. Результаты измерений пиковых давлений, представленные Ларсо­ ном вместе с кривыми для двух случаев расчета, при­ ведены на рис. 14. Видно, что рассчитанные по водо­ подпорной модели значения времен прихода и пиковых давлений не совпадают с экспериментальными резуль­ татами.

Сравнение расчетных данных с экспериментальными показывает, что для получения хорошего согласия между ними необходимо, чтобы давление первоначаль­ но падало значительно быстрее, чем это следует из адиабаты Гюгонио. Это может быть в случае, когда в материале, сжатом ударной волной до высоких давле­ ний, происходит фазовый переход. Аренс и Розенберг [1] наблюдали фазовые переходы для кварца при раз­ грузке после ударного сжатия. Из адиабат разгрузки для кварца видно, что в интервале давлений от 114 до 144 кбар ударно сжатый материал представляет собой смесь кварца с коэситом или кварца со стишовитом и что при падении давления остается некоторое количе­ ство фазы, соответствующей высокому давлению. Кри­ вые адиабат разгрузки от более высоких давлений ука­ зывают, что ударно сжатый кварц переходит в стишо-