Меню

  • На главную
  • pokerstars россия

Поиск

  • Разрушение при взрыве ч.2

    Posted 8/30/2009 в 8:48:50 ПП

    Следует отметить экспериментальные работы В. В. Адушкина и А. П. Сухотина (1961), С. С. Григоряна, Г. М. Ляхова, В. В. Мельникова и Г. В. Рыкова (1963), М. В. Гоголева, В. Г. Мыркина, Г. В. Пархомова и А. Н. Ханукаева (1965), А. Б. Багдасаряна и С. С. Григоряна (1967). В этих работах изучалась физическая картина процесса разрушения в ближней зоне камуфлетного взрыва (для изучения взрыва в органическом стекле применялась скоростная киносъемка, а при взрыве в лессовом грунте — вскрытие взрывной полости после взрыва).
    Задача о камуфлетном взрыве в идеально пластическом теле для различных частных вариантов была исследована Дж. Тейлором, Р. Хиллом, Э. Пинни и др.
    В работах Э. И. Андрианкина, В. П. Корявова (1962, 1965), В. Н. Родионова (1962), X. М. Алиева (1964) при решении сферически симметричной задачи о взрыве в хрупком теле было введено представление о волне разрушения, разделяющей два возможных состояния среды (разрушенное и неразрушенное). Напряжения на этой волне, вообще говоря, терпят разрыв.
    В работах С. С. Григоряна (1959—1967) задачи динамики грунтов были рассмотрены в наиболее общей постановке. Им сформулированы гипотезы механической и термодинамической природы, отражающие специфические свойства грунтов и горных пород. На основе этих гипотез построены модели, описывающие процессы деформирования, разрушения и движения рассматриваемых сред при произвольных внешних воздействиях. Построены модели для мягких грунтов (1960) и для твердых хрупко разрушающихся горных пород (1967). Автором изучены общие свойства решений построенных уравнений, выявлены основные качественные особенности описываемых ими движений, сформированы условия и правила моделирования.
    На основе предложенных моделей С. С. Григорян рассмотрел ряд задач о действии взрыва в грунтах и горных породах. В частности, были даны решения задач о действии взрыва сосредоточенного заряда в безграничных массивах мягкого грунта и скальной породы.
    Кроме того, С. С. Григоряном (1962) дана постановка и алгоритм численного решения задачи о волнах, индуцируемых в грунтовом полупространстве наземным взрывом. В результате решения получены количественные сведения об изменении параметров взрывных волн с расстоянием (максимальных напряжений, скоростей, остаточных и полных деформаций, смещений, характерных времен действия волны и т. д.), о динамике расширения полости и границ областей разрушений и пластических деформаций, о характере разрушений в этих областях.
    Реальный грунт или горная порода в окрестности места достаточно мощного взрыва проявляют свойства, присущие, по-видимому, всем возможным наборам моделей сплошной среды от идеальной жидкости непосредственно вблизи места взрыва до упругого тела на достаточно больших расстояниях от места взрыва. Задача осложняется развитием множества поверхностей разрыва смещений (трещин) в зоне взрыва. В этих условиях любая, даже очень сложная модель среды может рассчитывать лишь на весьма приблизительное описание всей указанной совокупности явлений разрушения. К тому же надо учесть, что объем и сложность соответствующих вычислений при усложнении модели среды резко возрастают. В этих условиях приобретают практическую важность простые приближенные приемы расчета, основанные в значительной мере на инженерном опыте.
    Следует отметить также, что проблема оптимизации процессов дробления или выброса при взрыве представляет собой по существу обратную (и потому гораздо более сложную) задачу по сравнению с расчетом деформаций и напряжений в среде, подвергнутой заранее заданному воздействию. Поэтому важность отыскания достаточно простых оценок решения прямых задач (иногда только качественного характера) очевидна.
    Постановка вопроса о создании общей теории дробления горных пород взрывом принадлежит М. В. Мачинскому (1935). Согласно его исследованиям, три главных фактора, которые определяют раздробление,—это ударная волна, распределение слабых мест в породе и скорость распространения трещин в ней. При этом М. В. Мачинский рассмотрел совместное действие системы точечных и линейных зарядов; особое внимание было уделено определению наивыгоднейшего расстояния между зарядами.
    В последние десятилетия установлена связь взрывчатых характеристик ВВ с различными проявлениями действия взрыва в породе.
    А. Ф. Беляев и М. А. Садовский (1952) показали, что бризантные характеристики ВВ, обусловленные головной частью импульса взрыва и связанные с плотностью ВВ и скоростью его детонации, предопределяют степень переизмельчения породы только в непосредственной окрестности заряда. Общее действие взрыва, проявляющееся в разрушении тела на более значительных расстояниях от заряда, пропорционально полному импульсу взрыва, связано с общей энергией взрыва и не зависит непосредственно от скорости детонации. Поэтому для дробления больших объемов горной породы необходимо не повышение пикового давления, а увеличение длительности воздействия взрыва на породу.
    Для решения последней задачи Н. В. Мельников и Л. Н. Марченко (1958, 1964, 1965) предложили видоизменить конструкции зарядов. Эти изменения сводятся к различному соотношению высоты заряда и его диаметра, введению воздушных промежутков между зарядами, а также между зарядами и стенками зарядной камеры. Указанные предложения, оказавшиеся полезными также при взрывах на выброс, были проверены на большом экспериментальном материале и внедрены в производство. Увеличение времени взрыва оказалось возможным также путем создания новых, менее бризантных видов ВВ.
    Той же цели служит короткозамедленный способ взрывания, заключающийся в том, что взрывание каждого последующего заряда или их серии производится с некоторым отставанием во времени (порядка 10~3 сек) по отношению к взрыву предыдущего заряда. Особенно действен этот способ в сочетании с рациональным выбором пространственного расположения зарядов. Большую роль в развитии этого направления сыграли теоретические и экспериментальные исследования К. А. Берлина (1934), Ф. И. Кучерявого, М. Ф. Друкованного и Ю. В. Гаека (1962), Н. Г. Петрова (1964), В. Н. Мосинца (1967), которые предложили ряд схем расстановки зарядов с расчетом времен замедления.
    Цикл работ Г. И. Покровского (1955—1958) посвящен исследованию разрушения горных пород взрывом. Согласно его представлениям, в некоторой окрестности места взрыва среда переходит в пластическое состояние, подвергаясь только сжимающим напряжениям. Вслед за этой областью следует зона трещинообразования, в которой действуют растягивающие окружные напряжения.  Г. И. Покровский подчеркнул невозможность существования скачка уплотнения в грунтах с полого возрастающей компрессионной характеристикой и указал на большое влияние свободных поверхностей или искусственно созданных свободных полостей на распределение энергии разрушения в пространстве. Как только волна сжатия доходит до свободной поверхности, сжатое тело начинает расширяться и возникает волна разрежения, вызывающая растягивающие напряжения. В акустическом приближении эта волна соответствует источнику растяжения, являющемуся зеркальным отображением заряда относительно свободной поверхности. Отраженная волна растягивающих напряжений производит несравненно большие разрушения, чем волна сжатия. Этот механизм аналогичен механизму явления откола. В зависимости от механических свойств горных пород и расположения зарядов относительная доля прямой и отраженной волн в общем разрушении будет различной. Основываясь на общей качественной картине разрушения и простых расчетных схемах, Г. И. Покровский предложил ряд удобных формул, нашедших широкое применение во взрывном деле в широком диапазоне изменения параметров.
    Иные представления о действии взрыва развивали С. Д. Основин (1939), А. Ф. Суханов (1950, 1958), М. П. Бродский (1953) и др. Они считали, что при взрыве часть энергии расходуется на отрыв породы от разрушаемого массива по боковой поверхности воронки, а другая часть затрачивается на преодоление силы тяжести взрываемого объема и на дробление породы внутри этого объема. Согласно этим представлениям (основанным также на некоторых дополнительных допущениях) указанный выше закон подобия должен быть заменен другой зависимостью (представляющей собой обобщение формулы М. М. Фролова, которая была предложена еще в 1868 г.).
    Дальнейшее развитие указанный подход нашел в работах А. Н. Хану-каева (1958, 1962) и В. Н. Мосинца (1963, 1967). А. Н. Ханукаев, в частности, предложил классифицировать разрушаемые породы на основе акустических характеристик (наиболее известная классификация горных пород по крепости была дана М. М. Протодьяконовым в 1911 г.). В. Н. Мо-синец сформулировал общий энергетический закон дробления горных пород взрывом, в соответствии с которым процесс разрушения горных пород характеризуется наличием строго определенного предела энергоемкости дробления, зависящего от механических свойств горных пород, статистической функции распределения естественных трещин и развиваемых в процессе дробления деформаций! Для исследований этих авторов характерно углубленное изучение механизма передачи энергии взрыва горному массиву с учетом физико-механических свойств пород, слагающих массив, и его естественной трещиноватости.
    Перспективным методом управления действием взрыва является создание специальных искусственных полостей (путем взрывов малой мощности). Такие полости могут использоваться в качестве защитного экрана, предохраняющего от разрушения полезные объекты, а также с целью отражения волны сжатия (и направления отраженной волны растягивающих напряжений в заданный объем, подлежащий разрушению). В. Н. Мо-синец (1963, 1967) нашел некоторые основные закономерности экранирования волн напряжений. Проведенные им экспериментальные исследования показали, что таким способом можно отражать в сторону разрушаемого объема до 20—25% энергии волн (при этом 67—72% теряется на разрушение материала вблизи экрана и лишь 8—10% проходит через экран). В связи с проблемой защиты сооружений от взрыва следует упомянуть исследование М. А. Лаврентьева, В. М. Кузнецова и Е. Н. Шерра (1962) , которые разработали систему пузырьковой защиты от взрыва.

    Тэги: