ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 1
Рис. 12. Сравнение наблюдаемых и предсказанных максимальных ускорений поверхности при взрыве «Газбагги».
По оси абсцисс: расстояние до взрыва, м; по оси ординат: максимальное уско* ренне грунта, g. О» вектор, измеренный непосредственно; □, вектор, полученный по скорости; Д, вертикальная компонента, измереиЕ>ая непосредственно»
------а = 5,03 • Ю5 1^0,70^—2.00.-------- |
0=2,44. |
384 Ф. ХОЛЬЦЕР
измерений при взрыве «Газбагги» не было сопоставлений с прогнозами. После этого взрыва стало ясно, что мае* штабные факторы, полученные на основании прошедших ранее экспериментов, не справедливы при взрывах на очень большой глубине.
На рис. 12 сравниваются наблюдаемые при взрыве «Газбагги» ускорения с прогнозированными; как видно, измеренные значения выше предсказанных. В результа
те, спектр действия смещен в |
сторону высоких частот, |
а сами значения PSAA лежат |
выше. Эти расхождения |
точно так же, как и подробный анализ результатов, по лученных при взрывах на Невадском полигоне, привели Мюллера и Мёрфи к теоретическому выводу о законе
подобия [16], согласно которому1) как |
спектральные, |
так и истинные амплитуды колебаний |
грунта зависят |
не только от мощности и свойств грунта, но также и от глубины взрыва. При увеличении глубины взрыва рас тет PSAA и увеличивается ускорение поверхности грун та. При разработке этой теории использовались волно вое уравнение и закон Гука, связывающий смещение с функцией давления на границе упругой зоны. Зависи мость от частоты непосредственно появляется, когда рассматриваются компоненты Фурье. Смещения и дав ления для двух взрывов в одной и той же среде и спек тральные амплитуды относятся следующим образом:
|
| ^1 (to) 1 |
|
|
(<0q2 ~ |
PM2) 2 + |
|
Чг |
|
|
|
e l |
r l — el |
<Oq2m2 |
|
|||||
|
| Z 2 (ш) | |
2 - e l |
r 2 - e i |
- « |
~ |
P“2)2 + |
C0q ,C02 . |
|
|
|
|
|
|||||||
где |
| Z (со) | — модуль |
фурье-компоненты |
смещения; |
||||||
I Pei I — модуль |
фурье-компоненты |
давления, |
действую |
||||||
щего |
на упругой границе |
радиусом rei; |
со0 = с/геь |
где |
|||||
с — скорость продольных волн, |
а |
р == X + |
2ц/4ц, |
где |
|||||
Я, и |
ц — постоянные |
Ламе. |
Как |
|
можно |
показать, |
и |
||
I Pei I и гei зависят от мощности взрыва и окружающего давления.
Используя некоторые естественные предположения для этих зависимостей, приведенное выше уравнение можно разрешить для ряда значений энергии и глубины
') См. также стр. 291 настоящего сборника. — Прим. ред.
э ф фекты Дв и ж е н и я грунта п р и я д е р н ы х взрывах 385
взрыва. При этом можно оценить зависимость от часто-- ты показателя степени в выражениях типа:
Z , |
( со ) |
/ |
Г , |
\ т(<0) |
(при одинаковой глубине взрыва), |
|
Z 2 ( и ) |
I |
W, |
) |
|||
|
||||||
и |
|
_( h t \ » < м) |
|
|||
Z , ( m ) |
(при одинаковой энергии взрыва). |
|||||
Z 2 |
( со ) |
|
I h-2 |
J |
||
|
|
|||||
Рис. 13. Зависимость показателя степени энергии взрыва в законе подобия от частоты.
По оси абсцисс: показатель при степени энергии взрыва; по осп ординат: период, с.
На рис. 13 и 14 приведены примеры зависимостей т(со) и п (со) для глубоких взрывов в песчанике и сланце, например для взрыва «Рулисон».
Поскольку при высоких частотах предельное зна чение PSSA близко к амплитуде ускорения грунта,
13 Зак. 741
386 |
Ф. ХоЛЬЦЕР |
Мюллер и Мёрфи получили следующую степенную зави симость для максимального ускорения поверхности грунта:
Й1_ = |
/_С^_\0.33 / /?, 40.58 |
||
d2 |
I |
/ |
\ Ih } |
Эти соотношения были использованы для предсказания колебаний при взрыве «Рулисон» по результатам наблю-
Рис. 14. Зависимость показателя степени при глубине в законе подобия от частоты.
По оси абсцисс: показатель степени при глубине; по оси ординат: период, с.
дений при взрыве «Газбагги»; полученные результаты представлены на рис. 15 [17]. На этом рисунке показаны также значения ускорений, прогнозируемых без учета глубины взрыва. Сравнение показывает, что прогноз улучшается, если учитывать влияние глубины. Деталь ный прогноз спектра на основе такой простой теории
Рис. 15. Сравнение наблюдаемых и предсказанных максимальных ускорений поверхности при взрыве «Рулисон»; твердые породы.
По оси абсцисс: расстояние до взрыва, м; по оси ординат: максимальное уско рение, g.
Прогноз: а = 1,26 ■107 |
0=1,62; О* результирующий вектор, |
|
-------- без учета глубины;-------- |
с учетом глубины, |
|
13*
388 |
Ф. ХОЛЬЦЕР |
пересчета сделать довольно трудно, в этом можно убе диться при сравнении наблюдаемого при взрыве «Рули-
Р и с. 16. Сравнение предсказанных н наблюдаемых спектров при взрыве «Рулисон».
По оси абсцисс: период, с; по оси ординат: 5%-ная пседоотноснтельная скорость, см/с; -------наблюдения (радиальная компонента); заштрихованная область —
прогноз.
сон» спектра с предсказанным, причем полученный при взрыве спектр смещен в сторону высоких частот по от ношению к предсказанному. Это положение иллюстри руется на рис. 16 и 17. Некоторые из отклонений вы
ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 389
званы главным образом особенностями геологии в месте установки станций регистрации. Учет рефракционных
Р и с. 17. Сравнение предсказанных н наблюдаемых спектров при взрыве «Рулисок*.
Обозначения см. под рис. Ш.
явлений для особых участков позволяет ввести соответ ствующий зависящий от частоты коэффициент усиления [17], который может быть использован для исправления прогнозируемого для данной местности спектра.
Р и с. 18. Сравнение спектров при взрывах и землетрясениях.
По оси абсцисс: период, с; по оси ординат: псевдоотносительная скорость. см/с.
/ —1940, Ель Центро, М=7,1, 10 км; 2 —«Рулнсон», 46 кт, 11 км; Я — 1952, «Кёрн-Каи-
тн», М=7,7, 80 км, Лос-Анжделес; 4— 1968, Центральная Америка, М«7, 370 км, Мексико-Сити; 5 — 1966, «Тракки», Калифорния, М«*6,3, 150 км, Сакраменто, Калнфдрния} 5—«Грилей», 825 кт, 175 км; 7—«Рулнсон», 46 кт, 179 км.
ЭФФЕКТЫ ДВИЖЕНИЯ ГРУНТА ПРИ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВАХ 391
Представляет интерес сравнить некоторые получен ные при взрывах спектры действия с теми, которые на блюдались при некоторых известных землетрясениях. Такое сопоставление приведено на рис. 18. Из этого рисунка видно, что максимальное значение PSAA на расстоянии 175 км при взрыве мощностью 825 кт «Гри лей» почти в 100 раз меньше, чем на расстоянии 11 км при взрыве «Рулисон» мощностью 46 кт. При периодах свыше 1 с, однако, амплитуда при взрыве «Грилей» на 175 км намного больше, чем при взрыве «Рулисон» на расстоянии 11 км. Спектр взрыва «Рулисон» на расстоя нии 179 км смещен в сторону высоких частот и, конечно, имеет много меньшие амплитуды, чем спектр взрыва «Грилей». Из всех приведенных на рис. 18 землетрясе ний наименьшие повреждения были при землетрясении «Тракки», происшедшем в Калифорнии в 1966 г., в то время как при других трех землетрясениях [18] ампли туды в резонансном интервале частот как грунта, так и высоких зданий были, конечно, очень велики. Относи тельные смещения дают также возможность представить ту степень повреждения, какую можно было бы ожидать либо при землетрясениях, либо при взрывах. Ни при взрыве «Грилей», ни при взрыве «Рулисон» относитель ные смещения не превышали 1 см. При таком уровне смещений повреждения должны иметь характер архи тектурных повреждений. Когда смещения увеличиваются, возможность повреждений более серьезного характера возрастает.
Список литературы
1.Griggs D. Т., Surface motion from deep nuclear shots, in “Indu strial Uses of Nuclear Explosives”, Lawrence Radiation Labora tory, Livermore, Rept. UCRL-5253, 1958.
2.Blume J. A., The spectral matrix method of damage prediction, AEC Report NVO-99-33, 1968.
3.Duvall W. I., Fogelson D. E., Review of criteria for estimating damage to residences from blasting vibrations, U. S. Bureau of Mines Report 5968, 1962.
4.Cauthen L. J., Survey oF shock damage to surface facilities and holes resulting from underground nuclear detonations, Lawrence Radiation Laboratory, Livermore, Rept. UCRL-7964, 1964.
392 |
Ф. ХОЛЬЦЕР |
|
5. Power D. V., A survey |
of complaints |
of seismic-related damage |
to surface structures |
following the |
Salmon detonation, Bull. |
Seism. Soc. Amer., 56, 1413 (1966).
6.Wall J. F., Seismic-induced architectural damage to masonry structures at mercury, Nevada, Bull. Seism. Soc. Amer., -57, 991
(1967).
7. Nadolski M. E., Architectural damage to residential structures from seismic disturbances, Bull. Seism. Soc. Amer., 59, 487 (1969).
8.Clough R. W„ Earthquake response of structures, in “Earthquake Engineering" (R. L. Wiegel, ed.), Prentice-Hall, New York, 1967.
9.Observed Seismic Data, Rulison Event, AEC Report NVO 1163-197, 1969.
10. |
Structural Response Studies |
for Project Rulison, AEC |
Report |
|
11. |
JAB 99-78, 1971. |
|
|
|
Rizer G. C., A method for predicting seismic damage to residen |
||||
|
tial-type structures from underground |
nuclear explosions, |
Law |
|
12. |
rence Radiation Laboratory, |
Livermore, Rept. UCRL-50959, 1970. |
||
Farhoomand 1., Scholl R. E., Statistical correlation of observed |
||||
|
ground motion and low-rise |
building |
damage— Project Rulison, |
|
|
AEC Report JAB 99-59, 1971. |
|
|
|
13.Murphy J. R., Lahoud J. A., Analysis of seismic peak amplitudes from underground nuclear explosions, Bull. Seism. Soc. Amer., 59,
2325 (1969).
14.Lynch R. D., Response spectra for Pahute Mesa nuclear events,
Bull. Seism. Soc. Amer., 59, 2295 (1969).
15. Klepinger R. \V., Analysis |
of ground motion and |
containment |
data — Gasbuggy event, AEC |
Report NVO 1163-158, |
1968. |
16.Mueller R. A., Murphy J. R„ Seismic spectrum scaling of under ground detonations, AEC Report NVO 1163-195, 1970.
17.Foote R. A., et al., Analysis of ground motions and close-in
physical effects, Rulison event, AEC Report |
NVO 1163-206,' 1970. |
||
18. Blume J. A., Skjei R. A., Seismic motion |
thresholds |
ror |
damage |
to structures, presented al the Seismological Soc. |
of |
America |
|
Annual Meeting, Riverside, California, 1971, |
|
|
|
ВОЗДУШНАЯ УДАРНАЯ ВОЛНА ПРИ ПОДЗЕМНЫХ ВЗРЫВАХ1)
Док. В. Рид
1. ЦЕЛЬ ПРОГНОЗНЫХ РАСЧЕТОВ
Прогнозные расчеты воздушной взрывной волны де лаются для принятия мер предосторожности от появле ния сильных ударных волн в населенной местности, где они опасны и могут вызвать повреждения. Временами наша атмосфера действует подобно линзе, вызывая фо кусировку ударных или звуковых волн, возникающих при взрыве. На больших расстояниях это может вызвать ударную волну гораздо большей интенсивности, чем можно было бы ожидать на основании критерия о без опасном расстоянии, установленном для обычных взрыв чатых веществ в нерефрактирующей атмосфере. Даже относительно слабые, но еще слышимые волны сжатия, которые обычно не рассматриваются как обладающие разрушительной силой, могут выбить в городе некото рые окна с большими стеклами. Большие окна наиболее подвержены разрушениям и вызывают существенную опасность при разрушении и выпадении стекол.
Взрывы по программе «Плаушер», производимые под землей, вызывают воздушные ударные волны умень шенной интенсивности. Степень уменьшения для некото рых предполагаемых взрывов может оказаться недоста точной для нейтрализации всех случаев атмосферной фокусировки. Энергия взрыва, глубина заложения, свой ства породы и число взрывных устройств — вот факто ры, используемые для определения интенсивности экви валентного источника воздушной ударной волны. Ис пользуя местные метеорологические данные, можно
for |
■) Reed J. W., Ai.rblast from Plowshare projects, in «Education |
peaceful uses of nuclear explosives», L. E. Weaver (ed.), Univer |
|
sity |
of Arizona Press, Tucson, Arizona, 1970, p. 173—192. |
394 |
ДЖ. в. РИД |
сделать сезонные оценки потенциально опасных направ лений и расстояний. Это позволяет установить уязвимые поселения, стоимость возможных повреждений и оце нить степень риска.
Для решения этой проблемы, возможно, потребуется постоянная служба предсказания действия ударных волн, что повлечет за собой специальные наблюдения за погодой и ее предсказания вплоть до больших высот, достижимых только при помощи ракет. Некоторые прог нозные вычисления действия ударных волн потребуют использования быстродействующих вычислительных ма шин. В местах, где возможны разрушительные воздуш ные ударные волны, необходимо предусмотреть измере ния с целью проверки прогноза и подтверждения исков за повреждния, которые могут быть представлены.
2. ИСХОДНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ
Распространение воздушной взрывной волны на большие расстояния постоянно рассматривалось в связи с ядерными испытаниями в атмосфере. При взрывах по программе «Плаушер» помещение зарядов под землю значительно ослабляет воздушную взрывную волну, так что действительная опасность повреждения отдаленных сооружений сильно уменьшается. Тем не менее этой опасностью нельзя пренебречь, так как при многих по лезных взрывах по программе «Плаушер» мощность за рядов, по-видимому, будет гораздо больше предела, до пустимого при проведении атмосферных испытаний на континенте, а затухание из-за заглубления заряда не настолько велико, чтобы полностью предотвратить об разование воздушной волны.
Имеется большое число данных по испытаниям на выброс, когда заряды были заглублены так, чтобы по лучить оптимальные размеры воронок. Кроме того, были проведены измерения при значительном количестве камуфлетных подземных испытаний при различных глу бинах и разных энергиях взрывов. Очень мало опытов было проведено при промежуточном заглублении, при котором взрывы могли бы быть применены для получе ния карьеров или вскрытия месторождений. Для тц-