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

лостей и открытых выемок, окруженных уплотненной зоной. Создание уплотненной зоны — важнейший эффект взрыва в грунте, особенно ценный в условиях строительства ирригацион­ ных каналов, поскольку она является своеобразным экраном, резко снижающим фильтрационные потери воды.

При динамическом, в том числе взрывном, нагружении уплот­ нение грунта происходит в основном в результате сжатия воз­ духа (уменьшения свободной пористости), т. е. в результате пе­ реупаковки частиц скелета с взаимным их смещением. Вслед­ ствие уменьшения свободной пористости в глинистом грунте уменьшаются размеры пор и их количество за счет объединения адсорбционных пленок, окружающих минеральные частицы, что приводит к увеличению вязкого сопротивления и уменьшению площади фильтрации, а значит, и к уменьшению скорости дви­ жения воды через уплотненный грунт. Чем больше грунт уплот­ нен, т. е. чем меньше его свободная пористость, тем меньше эта скорость. Следовательно, величина деформации определяет фильтрационную проницаемость грунтов. Проведенные исследо­ вания взрывного воздействия на грунт показали, что размеры 'зоны остаточных деформаций зависят от симметрии заряда. При взрыве сосредоточенных зарядов зона уплотнения достигает (45— 50) г3, а при удлиненных — 200 г3. Объемная деформация грун­ та вокруг очага взрыва определялась по изменению его плотно­ сти, которая измерялась с помощью радиоактивного каротажа.

Анализ полученных данных об объемных деформациях грун­ та в уплотненной зоне позволяет принять общую закономерность изменения объемных деформаций с расстоянием от данной точ­ ки до центра заряда (сферического) или до оси заряда (цилинд­ рического) в виде степенной зависимости типа

где 0 = 1 — — объемная деформация; R0— относительное рас­

стояние в радиусах заряда; Кв и ре — экспериментальные коэф­ фициенты, зависящие от грунтовых условий и характера работы продуктов детонации. Для взрывов на выброс в грунтовых усло­ виях Копетдагского распределительного канала значения коэф­ фициентов Кв и ре в формуле (11.35) составляют /(=2,09 • Ю4,

9= 2,8.

Анализ зависимостей 0(/?о) для взрывов зарядов различных симметрий камуфлетного действия и выброса (рис. 36) показы­ вает, что при взрывах на выброс относительные размеры зоны уплотнения несколько меньше, чем при взрывах зарядов каму­ флетного действия той же симметрии, однако в стенках соору­ жений развиваются предельные объемные деформации грунта, несущественно зависящие от характера работы продуктов дето­

112

нации. Рассмотрим противофильтрационное качество уплотнен­ ной зоны

Строгое решение задачи о движении жидких и газообразных сред через поровое пространство переменной плотности практи­ чески невозможно. В то же время инженерную практику, как правило, интересуют вопросы, связанные с возможностью пред­ варительного расчета фильтрационных потерь полезного продук­ та из сооружения, полученного взрывным способом. С этой це­ лью оценим изменение проницаемо­ сти грунтового массива, уплотнен­ ного энергией взрыва.

Грунт представляет собой слож­ ную гетерогенную полидисперсную систему, состоящую из зерен мине­ рального скелета, воды и воздуха. Формы минеральных частиц грунто­ вого скелета весьма разнообразны. В песчаных и супесчаных грунтах преобладают окатанные частицы шаровидной или близкой к ней фор­ мы. В глинистых грунтах преоб­ ладающая форма минеральных

частиц определяется основным породообразующим минералом: пластинчатая — каолинитом, игольчатая — галлуазитом, чешуй­ чатая — монтмориллонитом и т. д. Учесть такое многообразие форм практически не представляется возможным, поэтому в на­ ших расчетах упрощенно будем полагать, что минеральные зер­ на имеют условно шаровидную форму.

При установившемся движении жидкой или газообразной

Для конкретности расчета будем полагать, что в уплотненном взрывом грунте перемещается вода, хотя аналогичные рассуж­ дения справедливы и для других жидкостей и газов.

Рассматривая фильтрационный расход воды через единицу площади поверхности полученного взрывом сооружения, опреде­ лим значения слагаемых в (11.36).

Величина внешнего давления определяется напором Н, уров­ нем воды в полости h и пористостью грунта т:

Грунтовая влага может быть представлена в виде двух час­ тей: связанной воды (в основном в виде адсорбционных пленок) и свободной. При водопоглощении из резервуара объем свобод­

ной воды в грунте увеличивается за счет заполнения свободных пор. Поэтому общий объем воды, перемещающийся в поровом пространстве грунта, оказывается равным общему объему пор, уменьшенному на объем связанной воды. Отсюда

где уа — плотность воды в адсорбционной пленке минеральной частицы; оц — содержание твердой фазы в грунте; б — толщина адсорбционной пленки; d — эффективный диаметр минеральной

частицы.

Вводя I = -j- и учитывая, что, поскольку б <£ d, К3 0 вы­

ражение (11.45) можно преобразовать к виду

F Bec = Увт — 34 « l ( l + х)>

силу вязкого сопротивления движению поровой воды можно определить по (11.38):

где В — постоянная, имеющая размерность м~2 и являющаяся характеристикой геометрии пор; р, — вязкость воды: qB— объем­ ный расход воды через единицу площади.

Подставляя (11.37) — (П.39) в (П.36), получаем после неко­ торых преобразований выражение для определения фильтраци­ онного расхода воды через единицу площади недеформированного грунта

Уплотнение грунта под действием взрыва, происходящее в основном за счет его свободной пористости, сопровождается из­ менением физико-механических показателей грунта. Пористость уплотненного грунта становится

а содержание твердой фазы увеличивается до

Поскольку постоянная В пропорциональна удельной поверх­ ности грунтовых пор 2, изменяющейся при уплотнении по закону

114

для уплотненного грунта

Разделив (11.40) на (11.45) найдем, во сколько раз изменил­ ся фильтрационный расход через деформированный взрывом грунт:

Из этого выражения следует, что снижение проницаемости стенок выработок и других сооружений, полученных в результа­ те уплотнения грунта энергией взрыва, зависит прежде всего от начальной пористости грунтового массива и степени его необра­ тимого деформирования, а также от гранулометрического соста­ ва грунтов, определяющего количество связанной воды, и сум­ марного давления в жидкости или газе. Повышение свободной пористости грунта при постоянной влажности способствует воз­ растанию степени его уплотнения при взрыве, а следовательно, и более значительному снижению фильтрационной способности породного массива. С повышением дисперсности минерального материала эффективность взрывного метода борьбы с фильтра­ цией увеличивается. Существенным преимуществом этого мето-, да является также то, что уплотненная зона, формирующаяся при взрыве, долго сохраняет свои экранирующие свойства без существенного изменения.

Анализируя выражение (11.46), можно сделать несколько вы­ водов, имеющих большое практическое значение.

Если деформирование грунта при взрыве носит обратимый характер (например, в полностью водонасыщенных грунтах), то при взрывной проходке сооружений фильтрационные свойства окружающего массива не изменяются. Действительно, при 0 = 0 q=q%. Это имеет большое значение в мелиоративном строитель­ стве, ибо доказывает возможность эффективного применения взрывного способа сооружения открытых дрен для осушения заболоченных территорий.

При строительстве ирригационных каналов в неводонасы­ щенных грунтах нужно применять конструкции зарядов, обеспе­ чивающие максимальное уплотнение массива (например, заряды с воздушными оболочками), а также использовать взрывчатые вещества с пониженной скоростью детонации, генерирующие в массиве взрывные волны, временные параметры которых спо­