Таким образом, действие второй стадии взрыва в его эпицентре при наличии дневной поверхности создает движение грунта в виде куполообразного поднятия, время подъема которого зависит от массы и глубины заложения заряда. Смещения грунта носят длиннопериодный характер со значительными амплитудами. Наблюдается пластическое и упругопластическое движение грунта и связанные с ним нелинейные явления, которые проявляются в изменении с расстоянием периода прямой продольной волны. Вначале, в ближней зоне, период возрастает, а дальше, в упругой области, остается неизменным.
Уменьшение максимальных амплитуд в волне P с расстоянием обычно аппроксимируется степенной зависимостью (14.299) с показателем степени, меняющимся в зависимости от того, где распространяется волна — в ближней зоне взрыва или в упругой области. Например, при взрыве цилиндрического заряда на первом участке затухание смещений происходит по закону с ас = —2, а на втором — с ас = —1,6 [14.28]. Радиус зоны, на котором происходит излом кривой затухания параметров взрывной волны, соответствует размерам ближней зоны взрыва и обозначен г„. Именно с этих расстояний наблюдаются первые сформированные фазы поверхностной волны R.
В этой зоне отмечается направленность вектора амплитуд колебаний, которые в направлении взрыва меньше, чем в направлении от взрыва; отсутствует синусоидальная по форме (упругая) волна; показатель затухания амплитуд колебаний с расстоянием больше, чем в дальней зоне; наблюдается возрастание периода колебаний в волне вплоть до дальней зоны, где он остается постоянным. Динамические напряжения, которые несет фронт продольной волны сжатия до расстояний
(14.300)
754
Ц. Взрыв в грунте
5Ь
10 5
Z
pjf AtAl
~i
і
і
21 \
\
0,2
0.4 t,c
~з \У
0,2
0,4 f,c
в
0,1 0,1 0,1
1
si/A.
і
1 1 ІІГ
і
2
0,2
і
0,4
— і і '
~ 0,6tc
\ і >>Г TV I
3
I I
0,2
0,4
0,6 '-с
Рис. 14.21. Зависимости смещения грунта aj, д от времени t на эпицентральных расстояниях г (а — 3 м, б — 15 м, в — 150 м) при взрыве заряда массой 4 кг на различных глубинах h (1 — 0 м,
2 — 8 м, 3 — 24 м)
г„, превосходят предел структурной прочности грунта, т.е. это зона остаточных деформаций грунта.
Расстояниям г„ соответствуют одни и те же смещения грунта или скорости смещений для определенных типов грунтов, поэтому, зная структурную прочность грунта или беря значение массовой скорости в волне P на характерном изломе кривой (на расстоянии г„) из опытных данных, можно вычислить размеры ближней зоны остаточных деформаций грунта.
На основании обработки экспериментальных данных [14.28, 14.66, 14.67] для
14-6. Сейсмический эффект взрыва
755
вычисления размеров ближней зоны получены следующие формулы: при взрыве сосредоточенных зарядов
ru = ks^rn, (14.301)
при взрыве горизонтальных цилиндрических зарядов
ru=kgS/mihf, (14.302)
где ks, kg — коэффициенты, учитывающие условия взрывания. Например, kg = 14 для киевского суглинка, кд = 12 для волгоградского суглинка, кд = 8 для
1/2
каховского лесса, кд = 26 для керченской глины; Щ = /і/тп/ ; mj — погонная масса заряда, кг/м.
Скорость смещения грунта изменяется в зависимости от его свойств в широких пределах. Интенсивность колебаний, например в глинах, почти на порядок (в 5...7 раз) больше, чем в лессах на одинаковых приведенных расстояниях и при идентичности других условий взрыва. При взрывах в обводненных наносах наблюдается нарастание скорости смещения по сравнению с взрывами в сухих грунтах.
Собранный и проанализированный экспериментальный материал почти по всем типам грунтов [14.28] показывает, что коэффициент (14.300) изменяется от 25 до 240, а показатель затухания колебаний ас = 1,3 практически для всех типов грунтов, за исключением водонасыщенных тиксотропных глинистых грунтов, для которых ас = 1,05 (значения кс для конкретных типов грунтов приведены в [14.28]).
Глубина заложения заряда также влияет на сейсмический эффект взрыва и учитывается в формуле (14.300) коэффициентом к2. По данным работ [14.28, 14.67], глубина заложения заряда,при которой прекращается рост интенсивности колебаний грунта в поверхностной волне, соответствует размерам зоны необратимых деформаций грунтов (зоны сейсмоизлучателя). Последняя определяется по формулам (14.301), (14.302). После достижения глубины заложения заряда, превышающей размеры зоны необратимых деформаций грунтов, интенсивность колебаний в поверхностной волне R постепенно уменьшается. Например, при взрыве сосредоточенных зарядов в суглинистых грунтах максимальная скорость смещения грунта на одних и тех же приведенных расстояниях наблюдается в случае приведенной глубины заложения зарядов hs = 5 м/кг1/3 (hs = h/ml/3). Эта глубина называется предельной.
С учетом изменения коэффициента к2 (14.300), для скорости смещения грунта при взрыве сосредоточенного заряда в грунте до глубины заложения заряда, меньшей, чем предельная, в работе [14.28] предложена зависимость
