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

Круглоцилиндрическая поверхность скольжения пород, при­ мыкающих к откосу, как видно из рис. 65, а, полностью попадает в пределы зоны повышенных прочностных показателей. Расчеты показывают, что при показателе взрыва п > 2 нижняя часть по­ верхности скольжения (в пределах призм упора МК и KL) про­ ходит в пределах этой зоны, а при га>3 в эту зону попадает вся поверхность скольжения.

Указанное обстоятельство определяет повышенную по срав­ нению с такой же выемкой, полученной землеройными машина­ ми, устойчивость откосов, взрывных выемок в сухих грунтах. Ориентировочные расчеты показывают, что расчетный коэффи­ циент устойчивости откоса взрывной выемки tj*, представляю­ щий собой отношение суммы сил, удерживающих породы по упо­ мянутой круглоцилиндрической поверхности HR, к сумме сдви-

нию с расчетным коэффициентом устойчивости такой же выемки без учета уплотнения и изменения прочностных показателей в следующих пределах:

Непосредственные наблюдения показывают, что в сухих грун­ тах устойчивость откосов взрывных выемок значительно выше устойчивости откосов выемок, полученных техническим спосо­ бом. В отдельных случаях отмечается лишь осыпание верхней части откоса в пределах зоны разупрочнения пород.

Сложнее обстоит дело в связных грунтах высокой влажности (более 24—26%). Взрывание в таких грунтах вызывает явление тиксотропии. Экспериментальные исследования изменений проч­ ностных показателей этих грунтов при взрывных нагружениях не производились. Имеющиеся отрывочные данные свидетельствуют о том, что более или менее существенное повышение сцепления в породах влажностью 22—25% сопровождается значительным снижением угла внутреннего трения. У грунтов еще более высо­ кой влажности не отмечается и существенного повышения сцеп­ ления.

В то же время практика взрывания на выброс в водонасы­ щенных грунтах свидетельствует о том, что после первого взры­ ва, вызывающего тиксотропное разжижение и оплывание отко­ са, второй взрыв, как правило, дает выемку с устойчивым отко­ сом. Действие этого повторного динамического нагружения тре­ бует изучения с проведением экспериментальных работ как в массиве, так и на образцах.

Приведенные данные об изменении условий устойчивости грунтовых откосов, подвергнутых действию динамических нагру­ жений, обоснованы главным образом результатами эксперимен­

191

тальных исследований изменений прочностных показателей

ваний.

Эксперименты первой серии проводились на образцах связ­ ных грунтов. Их целью было определение деформационных ха­ рактеристик связных грунтов при однократных ударных нагру­ жениях в условиях, идентичных взрывным нагружениям в мас­ сиве (при отсутствии оттока воды в момент нагружения). Был использован наиболее распространенный тип грунтов — сугли­ нок нарушенной структуры постоянного гранулометрического состава и объемного веса скелета. Начальная влажность грунта задавалась добавлением строго фиксированного количества воды с обязательным последующим контролем влажности. Под­ готовка образцов и схема проведения экспериментов по динами­ ческой Сжимаемости образцов существенно не отличались от описанных ® [27].

Импульсное нагружение осуществлялось ударом свободно падающего груза весом 100 кг с определенной высоты. Это обес­ печивало создание в образцах грунта различной влажности ко­ личественно практически одинаковых характеристик напряжен­ ного состояния, что позволяло изучить влияние влажности на особенности механического поведения грунта при динамическом воздействии. Характер напряженного состояния и его измене­ ние во времени определялись при помощи мембранных тензо­ датчиков, регистрировавших вертикальное щ и боковое Об Дав­ ление.

Размеры образцов грунта были выбраны такими, чтобы обес­ печивалась возможность, во-первых, пренебречь влиянием тре­ ния по боковой поверхности грунтовой обоймы на развитие де­ формаций и, во-вторых, рассматривать напряженное состояние образца как квазистатическое. Одноосная деформация образца регистрировалась фоторезисторным датчиком, обладающим ря­ дом неоспоримых преимуществ по сравнению с ранее применяв­ шимися тензометрическими, индукционными и другими датчика­ ми. Основные преимущества — это его безынерционность, неза­ висимость градуировочной кривой от частоты процесса, возмож­ ность регистрации «нуля» процесса, удобство градуировки, простота и надежность конструкции и работы. Устройство датчи­ ка сводится к следующему. В один торец цилиндрической обой­ мы устанавливается фоторезистор ФСА-2, на который падает пучок света от источника, расположенного в противоположном торце. В середине обоймы сделана щель с диафрагмой, жестко связанной с подвижным поршнем испытательной камеры. При деформации движущейся поршень вдвигает диафрагму в щель, тем самым уменьшая освещенность фоторезистора, что регист­ рируется на осциллограмме.

192

Образцы грунта после ударного воздействия испытывались на приборах Маслова—Лурье для определения остаточных ха­ рактеристик сцепления и угла внутреннего трения. Определяя по осциллограммам главные компоненты напряжений

личной начальной влажности. Экспериментальные данные о за­

что коэффициент бокового распора с ростом начальной влаж­ ности увеличивается, причем скорость его изменения зависит от содержания влаги в грунте. При малых значениях влажно­ сти коэффициент бокового распора при увеличении нагрузки до 10 кГ/см2 мало изменяется. Это характеризует грунт как твердое тело и показывает, что поведение грунта в этом интервале нагру­

личин, в 3,0—3,5 раза превышающих начальное, что свиде­ тельствует о переходе грунта в пластическое состояние. Даль­ нейший рост импульсного давления вызывает незначительный прирост |Х.

Увеличение начальной влажности приводит к резкому воз­ растанию скорости изменения коэффициента бокового распора, который достигает своего предельного значения, близкого, к единице, при значительно меньших урОЕ^нях импульсного нагру­ жения.

Установленная зависимость может иметь практическое зна­ чение в тех областях строительной практики, где имеет место импульсное воздействие на грунтовый массив. Направленное изменение влажности при известном уровне импульсного на­ гружения является одним из наиболее эффективных методов достижения максимального эффекта.

Следует остановиться на изменении коэффициента бокового распора при разгрузке. Характер этой зависимости отличен от аналогичной кривой на участке нагружения. Абсолютные зна­ чения р, при разгрузке при одинаковых уровнях импульсного напряжения, монотонно убывая, превышают величины р, кото­ рые грунт имел в процессе импульсного нагружения. При окон­ чании процесса разгрузки величины коэффициента бокового рас­ пора в 2—2,2 раза превышают начальные.

Как известно, в динамике грунтов в качестве математичекой модели грунтов принимается жестко-пластическое или упру­ го-пластическое тело с условием пластичности Прандтля—Ку­ лона или Мизеса—Шлейхера. Общий вид функции пластичности при динамическом нагружении имеет сложный характер, одна­ ко начальную ее ветвь можно описывать линейной зависимостью

ты, величина которых зависит от свойств грунтов и которые про­ порциональны соответственно внутреннему трению и сцеплению в недеформированном грунте.

Установление функции пластичности важно для решения за­ дач предельного равновесия грунтового массива при действии цилиндрической нагрузки. С этой точки зрения особенно важ­ ным в практическом отношении является определение коэффи­ циентов а и Ь, проявляющихся в деформированном массиве. Это создает предпосылки для обоснованного расчета устойчивости подземных и открытых выемок, полученных взрывными спосо­ бами. Поэтому наряду с изучением влияния начальной влажно­ сти на условие пластичности при нагрузке большое внимание было уделено определению вида функции пластичности при раз­ грузке.

Изменение начальной влажности значительно влияет как на вид, так и на параметры функции, пластичности. Эксперимен­ тальные данные приведены в табл. 41. Как видно из этих дан-

194