Файл: Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах.pdf

Уравнения (1.138) позволяют рассчитывать конструктивные элементы создаваемой искусственно прерывистой преграды. Нетрудно видеть, что однорядная преграда пригодна лишь при выполнении трех последних уравнений (1.138), причем она наи­ более эффективна при выполнении последнего. Максимальные напряжения за преградой в этом случае определяются величи­ нами 0« и тв, зависящими от свойств грунта, и величиной р, ко­ торая в основном зависит от соотношения между конструктив­ ными элементами преграды и в меньшей степени — от тех же свойств грунтов. Таким образом, величина максимальных на­ пряжений за преградой не зависит от величины напряжений перед преградой и может быть ограничена какой-либо безопас­ ной для данного объекта величиной а Пред, определяемой соотно­ шениями между конструктивными элементами преграды:

а1 < (1.139)

пред

Как уже отмечалось, преграда снижает напряжения упругой волны за счет концентрации их на узких участках с превраще­ нием в интенсивно затухающую пластическую волну сжатия. Если нагружения повторяются неоднократно и продолжаются достаточно долго, то вследствие уплотнения грунта в несущем ядре и деформации последнего с частичным заполнением полос­ тей произойдет возрастание несущей способности и снижение эффективности преграды. Поэтому для эффективной защиты от многократно повторяемых длительных возмущений полости должны иметь достаточный диаметр (не менее 0,4—0,5 м). При действии одно-двукратных возмущений от искусственных источ­ ников диаметр полостей может быть менее значительным (0,2— 0,4). Для определения достаточности величины L может слу­ жить формула, выведенная из (1.38),

^ + Ts

Определение сцепления и угла внутреннего трения, исполь­ зуемых в расчетах, производится обычным способом. Для на­ хождения величины ов может быть использована методика ди­ намических испытаний на одноосное сжатие при ударном нагру­ жении. Величина as соответствует пределу прочности скелета грунта (точка перегиба на диаграмме а ~ е, после которой отмечается резкое возрастание объемных деформаций). Для суглинков весовой влажностью 11%, по данным эксперименталь­ ных исследований А. В. Михалюка, этот предел составляет 3— 4 дан/см2 и в 2—2,5 раза превышает величину сцепления.

При установлении предельных для данного объекта напря­ жений следует использовать результаты исследования М. А. Са-

66

детского, установившего, что разрушительность действия сей­ смических толчков функционально связана со скоростями коле­ баний частиц грунта. С учетом этого положения С. В. Медведе­ вым разработана переходная шкала от скоростей колебаний к баллам сейсмической шкалы, к которым привязываются кон­ струкции зданий.

Согласно этой шкале, шести баллам соответствуют скорости

1,0—1,82 см/сек, семи баллам — 1,91—3,64 см/сек и т. д. В свою очередь, скорости колебаний связаны с напряжениями известной формулой oi = pvDp, где Dp — скорость распространения упру­ гих продольных волн.

Приведенная формула позволяет перейти от предельного для данного объекта балла сейсмической шкалы к предельным на­ пряжениям. Так, если для данного объекта признаны опасными колебания более семи баллов, то, приняв соответствующее зна­ чение скорости 3,5 см/сек, получим нужное напряжение. В грун­ те с исходными характеристиками £>25= 1000 м/сек-, р= 1,75 г/см2;

В этом случае L=2,85 R. Приведенный ориентировочный расчет показывает, что в благоприятных грунтовых условиях преры­ вистая преграда дает возможность снижать интенсивность сей­ смических возмущений до уровня шести-семи баллов.

Выше было рассмотрено затухание интенсивности продоль­ ных объемных сейсмических волн при прохождении сквозь пре­ граду. Поверхностная поперечная волна обусловливает сдвиго­ вую нагрузку на межполостные промежутки. Действие ее сле­ дует рассматривать вне зависимости от действия объемной вол­ ны, так как их скорости распространения различны и действие на преграду смещено во времени. Касательная (относительно плоскости преграды) и нормальная составляющие, обусловлен­ ные действием этой волны, отвечают выражениям (1.136) и (1.138), напряжения Та и о а определяются из формул

Не останавливаясь на различных соотношениях напряжения за преградой, отметим, что в наиболее неблагоприятном для за­

щищаемого объекта случае т* = рт« соотношения между напря­ жениями и баллами сейсмической шкалы определяются анало­ гично предыдущему случаю. Таким же образом рассчитывается снижение интенсивности волн напряжений, проходящих сквозь многорядную прерывистую преграду. Соответствующие громозд­ кие формулы приводиться не будут. Отметим лишь, что расчет­ ная эффективность двухрядной преграды не в два, а в пять — восемь раз выше, чем однорядной. Это объясняется тем, что в двухрядной преграде при шахматном расположении полостей (скважин) породный массив работает не на сжатие, а только на срез. При таких условиях несущая способность преграды незна­ чительна, а эффективность весьма велика.

5.ПОЛУЧЕНИЕ ВЗРЫВНЫМ СПОСОБОМ СОПРЯЖЕНИЙ

ИСЛОЖНЫХ ИНЖЕНЕРНЫХ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ

ВСВЯЗНЫХ ГРУНТАХ

Впоследние годы в нашей стране разработан прогрессивный метод образования выработок в сжимаемых грунтах за счет уплотнения их энергией взрыва. Сущность метода заключается

втом, что в пробуренную на заданную глубину скважину поме­ щают заряд ВВ, после взрыва которого образуется камуфлетная полость — готовая выработка сферической или цилиндриче­ ской формы в зависимости от первоначальной формы заряда. Размеры полостей могут изменяться в широких пределах.

Используя в различных сочетаниях вертикальные, горизон­

тальные и сферические выработки, образованные энергией взры­ ва, можно создать целые комплексы инженерных сооружений, пригодные для применения в различных областях народного хо­ зяйства.

В 1969 г. была поставлена серия экспериментов в натурных условиях с целью проверки возможности получения выработок переменного сечения, устойчивых сопряжений выработок раз­ ных конфигураций, комплексных сооружений по отдельным ста­ диям и одновременно проверки устойчивости всего инженерного комплекса в целом.

Работы проводились в районе Булганакского карьера Крым­ ской области (район г. Керчи). Геологический разрез экспери­ ментальной площадки представлен растительным слоем 0,5 м, глиной серой 2,0 м и далее мощным слоем керченской зеленой глины, которая характеризуется следующими данными: плот­ ность материала скелета 2700 кг/м3, плотность и объемный вес скелета соответственно 1850 и 1498 кг/м3, весовая влажность 23,5%, пористость 44,5%. Предварительные взрывы зарядов на данной площадке дали показатели, которые сведены в табл. 13.

В качестве взрывчатого вещества во всех случаях использо­ вался тротил в шашках. Бурение вертикальных скважин диа­ метром 127 мм осуществлялось станком УРБ-2А с промывкой

68

водой, которая по окончании бурения из скважин не откачива­ лась, а заполняла их до устья. Горизонтальные скважины диа­ метром 60 мм бурились станком ГП-1. Скважины под верти­ кальные заряды бурились с перебуром относительно проектной отметки так, чтобы нижняя часть полости, образовавшаяся за

Т а б л и ц а 13

Параметры опытных полостей и уплотненной зоны при взрыве зарядов различной конструкции

счет перебура, была в состоянии вместить весь объем грунта с учетом его рыхления из предполагаемой воронки выброса. Ус­ редненные значения объема воронки выброса и перебура по

тавлял 4,5—5 м, а объем нижней части полости, образовавшейся за счет перебура, был равен 3,5—4,0 м3) показали, что принято­ го перебура было достаточно, так как в этих грунтовых услови­ ях воронка выброса почти не образуется в случае зарядки сква­ жины от устья на полную глубину.

На рис. 19 представлен комплекс инженерных сооружений, полученных взрыванием зарядов в две стадии. Вначале была пробурена, заряжена и взорвана вертикальная скважина, по­

69

том — горизонтальная. По рассматриваемой технологии верти­ кальная скважина заряжалась на полную глубину — 10,8 м, расход ВВ на 1 пог.м скважины составлял 2 кг, а радиус заря­ да — 2 см. В требуемом месте образования сферической полости (в данном случае на глубине 4 м) закладывался сосредоточен­ ный заряд из тротиловых шашек С = 2 кг. Вес всего заряда С = = 23,2 кг. Инициирование осуществлялось со стороны устья сква­ жины электродетонатором.

В результате взрыва образовалась выработка без разрушен­ ного устья диаметром 1,5 м в верхней части, 1,0 м в месте сопря-

Рис. 19. Комплекс подземных выработок, пройденных взрывом в две стадии.

жения со сферической полостью и 0,9 л в нижней. Сферическая полость по своей конфигурации приближается к шару с диа­ метром 1,75 м. Сопряжение вертикальной и сферической выра­ боток имело не плавный, а довольно резкий переход. Дно выра­ ботки оказалось подсыпанным на 4,5 м.

Следующим этапом разработанная технология предусматри­ вала сопряжение полученной сферической выработки с горизон­ тальной с выходом последней на свободную поверхность борта уступа.

Со стороны уступа была пробурена скважина длиной 7,3 м до пересечения со сферической полостью на отметке 3,2 м. Сква­ жина заряжалась на длину 6,3 м с расходом ВВ 1 кг/пог.м, радиус заряда составлял 1,4 см. Отрезки скважины со стороны сферической полости и со стороны устья длиной по 0,5 м оста­ вались незаряженными. Указанные величины недозарядки сква­ жины относятся к конкретно описываемому эксперименту. В об­ щем случае она определяется как диаметром сферической вы-

70

работки в случае, если сопряжение горизонтальной полости с вертикальной происходит через сферическое уширение, так и расходом ВВ на 1 пог.м в горизонтальной выработке. Иниции­ рование описанного выше горизонтального заряда осуществля­ лось со стороны устья скважины (уступа).

В результате взрыва образовалась горизонтальная выработ­ ка длиной 6,8 м, диаметром 0,77 м в устьевой части и 0,9 л — со стороны сферической полости. Сопряжение горизонтальной

<=э CSJ

Рис. 20. Комплекс подземных выработок, пройденных взрывом в одну стадию.

выработки со сферической представляло собой участок выра­ ботки длиной 0,8 м, подобный гиперболоиду вращения с плав­ ными переходами в сферу и цилиндр. Стенки вертикальной и сферической выработок после взрыва горизонтального заряда нарушений не претерпели.

Таким образом, была проверена возможность получения ин­ женерного комплекса сооружений, состоящего из вертикальной, сферической и горизонтальной выработок, образуемого в две стадии.

Одновременным взрыванием вертикального заряда с раз­ мещенным на нем сосредоточенным зарядом и горизонтального,

'размещенного в скважине, пройденной вкрест вертикальной скважины, была проверена возможность получения инженерно­ го комплекса сооружений, состоящего из вертикальной, сфери­ ческой и горизонтальной выработок в одну стадию (рис. 20). Бурились скважины: вертикальная до отметки 12 м и горизон­ тальная длиной 7,1 м. Заряды по конструктивным и количествен­ ным показателям применялись такие же, как и при описанном выше взрыве (рис. 20, а) . Отрезок горизонтальной скважины со стороны предполагаемой сферической полости длиной 0,6 м ос­ тавался незаряженным. Инициировались одновременно два за­ ряда от устьевой части скважин.

Врезультате взрыва образовались выработки, размеры которых почти совпадают с размерами предыдущих, однако сопряжение горизонтальной и сферической выработок оказалось разбитым, неплавным (рис. 20,6). Это произошло, по-видимому, из-за неодновременного прихода в точку сопряжения ударных волн от взрывов разных зарядов, что таит в себе опасность на-

71