Введение к работе
Актуальность работы. Необходимость разработки грунтов и скальных пород под водой возникает при решении инженерных задач, связанными с добычей полезных ископаемых, гидротехническим строительством, расширением и строительством акваторий портов, углублением фарватеров рек, строительством траншей для трубопроводов, другими инженерными целями. Названные работы, во всяком случае в скальных породах, невозможно выполнить без предварительного рыхления горных пород. Наиболее эффективным, а чаще всего и единственно возможным способом рыхления является взрыв, позволяющий проводить работы быстро и относительно недорого. Опыт взрывного разрушения пород под водой показывает, что стоимость их обычно в 3-4 раза выше, чем стоимость наземного взрывного разрушения и растет с увеличением глубины воды, на которой производится взрывание. Последнее вызвано как удорожанием процессов бурения (в случае шпуровых зарядов) и размещения зарядов взрывчатых веществ (ВВ), так и непосредственно с особенностями действия взрыва в условиях водного зажима. Кроме обычных критериев, присущих наземному взрыванию, выбор способа взрывного разрушения горных пород под водой зависит от глубины вода, течения и погодных условий. Этими причинами объясняется сравнительно широкое (относительно наземных работ) применение наружных (накладных) зарядов ВВ. Простая технология этого способа, когда заряды ВВ просто опускаются на дно водоема, делает его экономически выгодным при высоте взрываемого слоя менее 1.5 м при любой глубине вода и при глубине вода большей 30 м при любой толщине взрываемого слоя. Однако, предельная простота в подготовительных работах оборачивается малой эффективностью воздействия взрыва на дао, поскольку заряд, в основном, окружен водой. Ударная и гравитационная волны, а также рассеяние продуктов взрыва в воде производят неблагоприятное воздействие на окружающую среду. В этих условиях представляется важным исследовать механическое действие взрыва накладных зарядов ВВ в условиях водного зажима на дно водоема.
Одним из важных факторов, влияющих на результаты взрыва подводных накладных зарядов, является глубина вода в месте взрыва. Главное внимание в настоящей работе было уделено новому эф-
фекту, обнаруженному при Езрывах сферических накладных зарядов ВВ: при определенных "оптимальных" глубинах воды параметры воронок (радиус R, глубина h и объем У), образующихся в дне водоема, проходят через максимальные значения.
Целью исследований, результаты которых изложены в работе, является:
-изучение проявлений механического действия взрыва подводных накладных зарядов ВВ и их изменений при изменении глубины воды;
-построение физической картины изменений механического действия взрыва подводных накладных зарядов ВВ, происходящих при изменении глубины ЕОДЫ.
Научная новизна:
-экспериментально исследовано влияние глубины воды на форму и размеры воронок, образующихся при взрыве накладных зарядов ВВ в грунтах и скальных породах; установлено, что для всех типов пород существуют "оптимальные" глубины, при которых основные параметры воронок (радиус R, глубина h и объем 7) проходят через свои максимальные значения;
-с помощью методики баллистического маятника, специально приспособленной для работы с водой, проведены измерения вертикальной компоненты суммарного импульса I , передаваемого при взрыве подводных накладных зарядов поверхности полупространства - дну водоема; проведены измерения и установлено, что возрастание I при начальном увеличении глубины воды коррелирует с увеличением параметров воронок;'
, -экспериментально исследована взаимосвязь между' изменениями в начальных стадиях развития поверхностных явлений, наблюдаемых при взрывах подводных накладных зарядов, при изменении глубины воды и соответствующими изменениями в конечных результатах взрыва - образующихся воронках;
-разработана программа для расчета в импульсно- гидродинамической постановке (ее твердо-жидкостной разновидности) профилей воронок от действия сферических и цилиндрических источников в двухслойной среде (слой конечной толщины лежит на поверхности полупространства) и проведены расчеты, соответствупцие взрывам накладных зарядов ВВ; установлено, что изменения в расчетных воронках, происходящие с изменением толщины верхнего слоя, ка-
чвственно подобны соответствующим изменениям, наблюдаемым в экспериментах.
На защиту выносятся:
-результаты исследований воронок, образующихся при изрыве накладных зарядов ВВ под водой, особенности их изменения при изменении глубины воды;
-результаты исследований поверхностных явлений при взрыве подводных накладных зарядов;
-методика и результаты измерений импульса, передаваемого при взрыве подводных накладных зарядов ВВ никнвму полупространству;
-физическая картина изменений механического действия взрыва подводных накладных зарядов ВВ, происходящих при изменение глубины воды;
-численный метод расчета профилей воронок в импульсно-ги-дродинамической постановке для двухслойных сред в случае линейных и сосредоточенных источников - зарядов ВВ; программы CR1 и CR2 для расчета профилей воронок в однородных и двухслойных средах;
-результаты расчетов профилей воронок в двухслойной среде от действия цилиндрических и сферических источников, соответствующие взрывам подводных накладных зарядов ВВ.
Практическая значимость. Результаты работы могут быть использованы при расчете зарядов ВВ для взрывного разрушения горных пород под водой. На основе исследований механизма образования воронок возможна разработка специальных конструкций зарядов и способов ведения взрывных работ для подводного взрывного разрушения пород, увеличивающих эффективность взрыва в условиях водного зажима. Программы расчета воронок в импульсно-гидроди-намической постановке в двухслойных и однородных средах можно использовать для расчета действия взрыва зарядов ВВ произвольной формы в сложных горно-геологических условиях.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Межведомственной комиссии по взрывному делу (Москва, 1983), на VIII Всесоюзной конференции ВУЗов ССОР с участием научно-исследовательских институтов по физике горных пород и процессов (Москва, 1984), на Конференции молодых ученых ИГД им. Скочинского (Москва, 1984), на Конференции молодых ученых и специалистов
МІСТИ (Москва, 1984).
Публикации. По результаты диссертации опубликовано в печати 6 работ.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и двух приложений. Общий объем работы занимает 17Э страниц, в том числе приложения - 32 страницы, рисунки - ЗЭ страниц. Список литературы содержит 99 наименований.