книги из ГПНТБ / Строительство ирригационных каналов и котлованов взрывами на выброс

де ВВ 20 кг/м последовательно уменьшалось сечение выемки по направлению детонационной волны: при одностороннем иницииро­ вании на 15—20%, при двухстороннем инициировании на 5—10%. Отсюда вытекает, что при небольшом удельном расходе ВВ необ­ ходимо длину одновременно взрываемых участков ограничивать и инициирование зарядов большой длины осуществлять в несколь­ ких местах.

Спаренные заряды были расположены в опытах в горизонталь­ ной и вертикальной плоскостях (рис. 2 и 3). Результаты фоторе­ гистрации показывают, что выработки большого сечения в сжи­ маемых средах целесообразно создавать посредством взрыва спа­ ренных удлиненных зарядов (в пределах соответствующих расстояний между зарядами), в этом случае прослеживаются не­ которые особенности, связанные с взаимодей'ствием ударных волн. Свободно распространяясь от двух источников взрыва, ударные

значительное (рис. 2). Образовавшиеся при отражении от прегра­ ды волны движутся навстречу друг другу и, встречаясь, создают «стоячую волну» в центре между зарядами (если инициирование осуществлялось одновременно). Стоячая волна, в свою очередь, препятствует симметричному расширению газового пузыря, то есть слиянию двух полостей в одну. Лишь после затухания «стоя­ чей волны» процесс развития и слияния полостей выравнивается. Естественно, что чем меньше расстояние между зарядами, тем раньше образуется и рассеивается стоячая волна.

Таким образом, при одновременном детонировании зарядов на окончательном результате взрыва сказывается взаимодействие скоростных полей газовых полостей. Поэтому мы считаем, что для более рационального использования взрыва двух зарядов необхо­ димо применять замедленное взрывание, при котором второй за­ ряд инициируется после детонирования первого через промежуток меньший, чем время расширения газовой полости до максималиных размеров. В этом случае, как и при замедленном инициирова­ нии горизонтального заряда с двух сторон, уменьшается непроиз­ водительное взаимодействие скоростных полей развивающихся полостей и достигается последовательная передача взрывного им­ пульса среде.

Данное утверждение согласуется с результатами опытных взрывов. Максимальная площадь поперечного сечения, получен­ ная в результате одновременного взрыва двух параллельных удли­ ненных зарядов массой 4 кг на 1 м, составляла 3,1 м2. Короткоза­ медленное взрывание этих зарядов обеспечило увеличение площа­ ди выемки на 30%.

Моделирование в грунте. Для изучения развития процесса взрыва (переход полости в выемку выброса) использовали грун­ товую массу. Грунт засыпали в металлический бокс (размер бокса 500X500X500 мм). Передняя стенка бокса была изготовлена из

24

бронестекла толщиной 100 мм. Заряды детонирующего шпура длиной 600 мм закладывали параллельно свободной поверхности грунта на расстоянии 25 мм от стекла. Глубина заложения заряда изменялась от 0 до 120 мм. Во избежание влияния инициирующе­ го заряда на процесс выброса удлиненный заряд инициировали

вне бокса.

Взрывной процесс регистрировали скоростными кинокамерами СКС-1 М и «Конвас». Кинокамеры устанавливали в 3—4 мот бок­ са. Регистрация быстропроисходящих процессов взрыва требует синхронизации съемки со снимаемым процессом. Основное требо­ вание при этом — обеспечение точно заданного интервала времени между началом включения камеры и началом снимаемого про­ цесса с учетом разгона скорости аппарата до постоянной. В опы­ тах синхронизация процесса обеспечивалась специально разрабо­ танной схемой (рис. 4).

2Ьв

При фотографировании для определения скорости и парамет­ ров процесса по периферии к бронестеклу была приклеена линейка с черно-белыми делениями через 2 см. Для большей наглядности грунт перед стеклом пересыпали тонким слоем каолина или але­ бастра.

Главной задачей опытов являлось установление качественных закономерностей, характеризующих взрывной процесс образова­ ния выемки при различной глубине заложения заряда, посколь­ ку данный фактор при всех прочих равных условиях существенно влияет на распределение энергии взрыва при перемещении грунта.

Из полученных кинограмм следует, что при взрыве накладного удлиненного заряда происходит удар продуктов взрывчатого раз­

25

ложения, в результате чего грунт на небольшую глубину уплот­ няется и частично разбрасывается в стороны от заряда, на по­ верхности образуется выемка незначительных размеров. Основная же энергия взрывчатого разложения уносится в атмосферу. При достаточном заглублении заряда от поверхности энергии взрыва в основном расходуется на выброс и пластическую деформацию среды. Причем скорость выброса определяет размеры выемки.

Рассмотрим подробней результаты взрывов, дающих наиболь­ ший объем выброшенного грунта на единицу массы заряда.

Заряд заложен на глубине 20 г3 от поверхности. Через 1,45 мс после инициирования заряда становится заметным движение сво­ бодной поверхности грунта — она приобретает над зарядом форму полуцилиндра. Затем увеличивается поднимающийся объем с по­ вышением скорости подъема свода. В это же время (через 3 мс с момента взрыва) слоистую поверхность грунта, прилегающую к бронестеклу, разрывают газы. Становится заметным движение среды, прилегающей к бронестеклу,— искривляются горизонталь­ ные слои в сторону свободной поверхности и вниз от заряда. Свод

движения частиц грунта — 27 мс.

В последующую фазу взрыва происходит полный выброс грун­ та в районе заложения заряда, образование раскрытой полости и уплотнение нижележащих слоев грунта (рис. 5).

При взрыве удлиненного заряда, заглубленного на 30 г3 от по­ верхности, выгибание слоев грунта, примыкающего к заряду инициирования, становится заметным через 2,5 с. В дальнейшем наблюдаются выгибание слоев по длине заряда и прорыв газов к бронестеклу. Свод грунта над газовым пузырем увеличивается, в то время как в зоне ниже заряда заметно уменьшается толщина слоя вследствие уплотнения грунта. С некоторого момента прекра­ щается уплотнение нижележащих слоев, а движение среды про­ должает развиваться только в верхней части со скоростью 12,5 м/с. Достигнув максимального значения, свод грунта разру­ шается. При этом скорость выброса увеличивается до максималь­ ной — 13 м/с, после чего начинает уменьшаться.

Заключительный этап взрывного процесса — разлет отдельных кусков грунта. На рисунке 6 показано сечение образовавшейся выемки. В некоторых опытах в начальный момент взрыва на кино­ пленке отмечается над поверхностью грунта посветлеиие. Это, ло-впдимому, объясняется действием взрывной волны на поверх­ ность. Под влиянием волны сжатия мельчайшие частицы грунта отрываются от поверхности. Так, при взрыве заряда на глубине 40 г3 в начальный момент взрыва отрываются пылевидные частич­ ки, заметное же движение среды начинается у места инициирова­ ния спустя 3 мс. Слои грунта выгибаются в равной степени вверх и вниз от заряда, пока не скажется влияние сводной поверхности.

26

Далее движение нижней от заряда части среды постепенно пре­ кращается, а верхнего свода грунта продолжает развиваться в вертикальном направлении со скоростью 11 м/с до полного раз­ рушения свода.

Дальнейшее увеличение глубины заложения заряда приводит к снижению скорости выброса, вследствие чего уменьшаются па­ раметры выемки (глубина и ширина).

Таким образом, по кадрам киносъемки прослеживаются сле­ дующие стадии развития взрывного процесса:

начальное возмущение среды, проявляющееся в приподнятии свободной поверхности и искривлении слоев грунта;

движение среды в вертикальном направлении вверх от заряда и образование свода над газовым пузырем. Скорость перемещения верхней части среды растет с уменьшением глубины заложения заряда;

движение среды вниз от заряда, сопровождающееся ее уплот­ нением;

развитие выемки взрыва, проявляющееся в разрыве среды над газовым пузырем и разлете частиц грунта.

Взрыв зарядов в аналогичных условиях, но с разной глубиной заложения приводит к изменению количественных характеристик, сопровождающих взрыв. Так, если говорить о характере движе­ ния свободной поверхности при различных заглублениях заряда, то он одинаков. Однако количественные характеристики меняют­ ся. Значения максимальных скоростей движения итах, высота наи­ большего подъема поверхности /г, когда происходит разрушение грунта на отдельности, а также времени т развития подъема при­ ведены ниже:

Степень возрастания кинетической энергии выбрасываемого грунта зависит от глубины заложения заряда. Так, при взрыве за­ ряда на глубине 20 г3 скорость примерно в 2 раза больше началь­ ной, а при 157 = 30 г3 и Ц7 = 40г3 скорости примерно равны. Отме­ тим, что в начальный момент взрыва не наблюдается скачкооб­ разного возрастания скорости, что 'свидетельствует о неупругом характере деформаций в суглинке. Поэтому увеличение скорости подъема свободной поверхности в первом случае можно объяснить только действием давления в продуктах взрыва, так как свобод­ ная поверхность ограничивает прирост массы грунта, вовлекаемой в движение. Как известно, максимальная кинетическая энергия грунта

где т — масса поднимающегося объема;

28

Влияние свободной поверхности проявляется и на движении грунта под зарядом. Очевидно, что наибольшее смещение грунта вниз должно быть при взрыве заряда камуфлета. Эксперименталь­ ные данные показывают, что с увеличением W растет смещение грунта вниз во времени. Отклонения движения от оси заряда тем больше, чем меньше заглубление заряда. Об этом свидетельствуют следующие данные:

Приведенные данные хорошо согласуются с известным поло­ жением из практики, что параметры полости при взрыве на выброс заряда, размещенного от поверхности на оптимальной глубине, всего на 20—30% меньше размеров полости при взрыве заряда камуфлета. Установлено, что с ростом глубины заложения заряда несколько увеличивается плотность грунта и соответственно умень­ шается его пористость (табл. 2). Если же рассматривать содер­ жание фаз грунта (твердой, жидкой, газообразной) по объему, прежде всего наблюдается увеличение твердой фазы и уменьше­ ние газообразной.

Таблица 2

Итак, проведенные исследования показали, что существуют оп­ тимальные соотношения между глубиной заложения заряда и па­ раметрами заряда, главным образом его радиусом, при котором происходит наиболее полная передача энергии продуктов, детона­ ции окружающей среде. Это приводит к существенному повыше­ нию полезной работы взрыва: улучшается качество уплотнения и увеличиваются массы выброса грунта, расположенного над за­ рядом.

29

Создание открытых линейно-протяженных выемок взрывами одиночных траншейных зарядов

В практике важное значение при строительстве сооружений взрывным способом имеет вопрос определения расчетных пара­ метров взрывания. С этой целью были выполнены маломасштаб­ ные экспериментальные взрывы линейно-протяженных зарядов вы­ броса [2]. Технология работ заключалась в следующем: по оси намечаемой выемки открывали узкую траншею заданной глубины и на дно ее укладывали удлиненный горизонтальный заряд, затем траншею засыпали и осуществляли взрыв. При взрывании при­ меняли капсульное инициирование зарядов.

Проведенные эксперименты показали, что взрывание горизон­ тальных удлиненных зарядов в узкой траншее достаточно про­ стой, надежный и эффективный способ производства взрывных работ для получения открытых выемок. Экспериментальные ра­ боты проводили в суглинках, в тяжелых суглинках объемным ве­ сом 1,73—1,86 Г/см3 и весовой влажностью 11,6—16,7% с извест­ ковыми и гипсовыми включениями (район Каховской ороситель­ ной системы н Северо-Крымского канала), в лессовидных суглин­ ках и пластичных глинах.

Таким образом, участки экспериментальных исследований ох­ ватывали широкий диапазон грунтовых условий, почти все виды связных грунтов. Результаты некоторых взрывов приведены в таб­ лице 3.

В качестве ВВ в опытах использовали прессованный тротил, аммонит № 6 ЖВ, зерногранулит и игданиты. Расход ВВ коле­ бался от 1 до 32 кг/м при длине зарядов от 4 до 40 м, глубина заложения зарядов — от 0,25 до 1,8 м с различным показателем выброса.

Для сопоставимости результатов действия взрыва разных по массе зарядов был применен метод подобия, основанный на по­ ложении, что уравнения сплошной среды не изменяются при рав­ номерном изменении масштаба длины и времени. При этом необ­ ходимыми условиями являются: постоянство свойств продуктоввзрыва и неизменность характеристик среды при различных мас­ штабах взрывов. При сопоставлении результатов взрывов пара­ метры расположения зарядов и размеры получаемых выемок от­ носили к единице массы (расход ВВ на 1 м) в степени '/2. В экс­ периментальных взрывах с небольшой глубиной заложения зарядов (до 10 м) принятая степень приведения достаточна. При значительном увеличении масштабов взрыва, согласно М. Д. Нордайну [28] и Г. И. Покровскому [31], эта степень уменьшается.

При экспериментальных взрывах фиксировали основные раз­ меры образуемых взрывом выемок, а также фактические линии наименьшего сопротивления и массы зарядов. На основе этих данных вычисляли показатели действия взрыва, относительные глубины выемок, удельные расходы ВВ и другие вспомогательные

30

—

Продолжете