книги из ГПНТБ / Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах

сложно, прибегают к различным способам ее определения. На­ пример, деформацию грунта оценивают по изменению его плот­ ности, исследования которой в натуре могут быть выполнены как обычными лабораторными методами, так и с помощью радио­ активного каротажа.

При проведении первой серии эксперимента (на 41-м и 42-м пикетах Копетдагского распределительного канала, т. е. там, где взрывы производились при полном заполнении канала водой) перераспределение плотности грунта в уплотненной зоне нахо­ дилось термостатно-весовым способом. Пробы отбирались в го­ ризонтальной плоскости на уровне заложения заряда через опре­ деленные интервалы, позволяющие более точно определить распределение плотности грунта в уплотненной зоне. Данные по результатам обработки проб грунта приведены в табл. 35, по ним построены зависимости распределения плотности и влажности

уплотнение. Начиная с рас­ стояния 5,0 м от продольной оси выемки объемный вес скелета

грунта начинает уменьшаться от уск=1,68 г/см3 до естественно­ го по экспоненциальному закону. Исходя из полученных данных и закономерностей изменения плотности данных грунтов под действием взрыва определили мощность грунтов, уплотненных энергией взрыва: в средней части откосов она составила 3,0— 3,5 м, под дном канала и в нижней части откосов — 5,0—6,0 м.

Как видно из зависимости (11.53) и рис. 52, минимальные значения влажности соответствуют максимальному увеличению

155

объемного веса скелета. По мере уменьшения объемного веса скелета до естественного влажность грунта увеличивается, до­ стигая значений, превышающих естественные. Это явление под­ тверждает ранее описанный [24, 27] характер перераспределе­ ния влаги в грунтовом массиве под действием взрыва.

Одновременно с исследованиями характера изменения плот­ ности и влажности в уплотненной зоне изучались прочностные

характеристики грунта в этой зоне. Исследования проводились с помощью прибора ПКЗ, оборудованного пенетрометром и крыльчаткой.

В результате обработки диаграмм установлено, что величи­ ны сцепления и угла внутреннего трения в недеформированном грунте с постоянной влажностью (±9%) изменяются в незначи­ тельном диапазоне и составляют соответственно у поверхности 0,73—0,75 кг/см2 и 26—28°. С увеличением глубины зондирова­ ния абсолютные значения этих величин резко уменьшаются со­ ответственно до 0,33—0,34 кг/см2 и 15—18°. Изменение указан­ ных характеристик сопряжено с увеличением влажности по мере углубления ниже уровня поверхности воды в распределительном канале. Максимальная глубина зондирования — до отметки дна канала.

После взрывов линейно-протяженных зарядов аммонита, уло­ женных вдоль канала по дну, с погонным расходом 8 и 10 кг/пог. м была проведена очередная серия экспериментов по определению прочностных характеристик откоса канала, деформированного взрывом.

На рис. 52, а приведена схема, по которой были определены

156

характеристики сцепления и угла внутреннего трения в откосе канала, причем для удобства проведения экспериментов вода из русла канала была отведена. Исследования проводились в тече­ ние первых 4—6 ч после взрывов.

Результаты обработки диаграмм показали, что прочностные характеристики пород, деформированных взрывами, изменяют­ ся. На расстояниях 2 м от центра взрыва величина сцепления суглинков уменьшается на 18—20%. По мере удаления от цен­ тра взрыва в глубь массива по горизонту дна канала сцепление растет, достигая на расстояниях 4—4,3 м от центра взрыва ве­ личин, которые грунт имел в естественном недеформированном состоянии. Угол внутреннего трения также уменьшается по срав­ нению с первоначальным (до взрыва). Абсолютная величина его уменьшения не превышает 3—3,5°. Зона изменения угла внут­ реннего трения по горизонту дна канала в 1,8—2 раза меньше зоны изменения сцепления.

Глубина распространения зоны изменения прочностных ха­

У поверхности зона уменьшения сцепления прослеживается на 0,8—0,9 м от бровки канала. Абсолютная величина изменения 0,09—0,11 кг/см2. Изменение угла внутреннего трения на верх­ нем горизонте не отмечено.

Как можно увидеть из рис. 52, б, размеры зоны изменения прочностных характеристик зависят от начальной влажности массива: чем выше влажность, тем больше абсолютные размеры зоны изменения сцепления и угла внутреннего трения. В то же время абсолютные величины изменения прочностных характери­ стик массива с меньшей влажностью превышают величины из­ менения сцепления и угла внутреннего трения грунта большей начальной влажности.

Исследование изменения фильтрационных свойств грунтов в уплотненной зоне, образованной подводными взрывами, про­ водились вблизи ст. Кельата на 258—260 пикетах. Скорость фильтрации воды из канала до взрыва была определена расче­ том по дебиту воды и величине участка канала, на протяжении которого вся поступающая из скважины вода расходовалась на фильтрацию и составила 342 л/м2 • сутки. Для определения ско­ рости фильтрации воды после взрыва опытный участок был от­ делен от соседних перемычками и заполнен водой. С помощью геодезических инструментов производился регулярный контроль за уровнем воды на этом участке. По данным замеров подсчи­ тан удельный расход воды из канала, уплотненного подводными взрывами: AVy составил 26 л/м2 -сутки. Следовательно, после взрыва скорость фильтрации уменьшилась в 13—14 раз.

157

2. В З Р Ы В Ы Н А В Ы Б РО С В О Б В О Д Н Е Н Н Ы Х Г Р У Н Т А Х

Технология получения выемок в связных грунтах, основанная на применении линейно-протяженных горизонтальных траншей­ ных зарядов, успешно внедряется в производство. Расширение масштабов подобных работ требует разработки технологии по­ лучения выемок в других горногеологических условиях, в част­ ности в водонасыщенных грунтах. Проведенные немногочислен­ ные опыты и их анализ являются частью обширной программы экспериментальных исследований в водонасыщенных грунтах. Опыты проводились в водонасыщенном грунте ненарушенной структуры залива р. Унавы в Житомирской области. Объемный вес грунта в естественном состоянии 1,96—1,98 г/см3, объемная влажность 39—41%. Гранулометрический состав грунтов пред­ ставлен в табл. 36.

В качестве ВВ в опытах использовался прессованный тротил, аммонит № 6 ЖВ, зерногранулит 30/70, игданит. Расход ВВ ко-

Т а б л и ц а 36 Гранулометрический состав грунтов, %

Т а б л и ц а 37 Результаты опытных взрывов в водонасыщенном грунте

* Звездочкой отмечены спаренные заряды.

158

лебался от 2,84 до 19,2 кг/пог. м, при длине зарядов 5,5—10 м. Глубина заложения была различной и колебалась в пределах 0,6—1 м. Данные о результатах опытных взрывов приведены в табл. 37, 38. При анализе экспериментальных данных для воз­ можности сопоставления результатов опытов, полученных взры­ ванием различных ВВ, использовался «приведенный диаметр заряда», введенный А. А. Вовком. Эта величина представляет собой истинный диаметр заряда ВВ, приведенный к плотности ВВ, равной единице, с введением переводного коэффициента,

а для фактической Рф=1,16 W + 14,0. Для приведенного радиуса

Ro в исследованном диапазоне глубин заложения получено ^о = = 51,1.

Следует отметить, что в опытах наблюдалось оплывание бор­ тов выемок (рис. 54). Это приводило к уменьшению видимой глубины выемок. На рис. 55 представлены зависимости парамет­ ров выемок от показателя действия взрыва п. Из этого рисунка

159

экраном. Следует отметить особенности распределения плотно* сти грунта вокруг заряда выброса после взрыва. Измерения способом отбора грунтовых проб и радиоактивного каротажа показали, что максимальные размеры уплотненной зоны дости­ гаются непосредственно под зарядом и убывают с приближени­ ем к дневной поверхности. Таким образом, если рассматривать параметры уплотненной зоны по контуру полученной взрывом выемки, то станет ясным, что слои грунта, лежащие выше уров­ ня расположения заряда, уплотняются незначительно, хорошо фильтруют и способствуют сбору поверхностных вод и атмосфер­ ных осадков выемкой.

Радиус уплотненной зоны под зарядом, служащей вертикаль­ ным «водоупором», зависит как от величины взрываемого заря­ да, так и от свойств уплотняемого грунта, т. е. от податливости его динамическим нагрузкам. В частности, сжимаемость грунта определяется сжимаемостью каждой фазы, слагающей грунт, и прочностью связей между фазами. В зависимости от строения грунта и соотношения между его компонентами (твердым, жид­ ким и газообразным) прочностные свойства, т. е. способность грунта сопротивляться деформирующим усилиям, могут опреде­ ляться различными факторами. Наиболее вероятными фактора­ ми, обусловливающими прочность водонасыщенных песков в массиве, являются взаимодействие водных пленок, обволакива­ ющих частицы грунта, и силы капиллярного натяжения. Дефор­ мационные свойства таких грунтов достаточно полно описыва­ ются математической моделью Г. М. Ляхова, рассматривающей грунт как механическую совокупность твердого, жидкого и га­ зообразного компонентов, сжимаемость которой представляет собой сумму сжимаемостей компонентов. Аналитически эта мо­ дель изображается зависимостью

(III.4)

где Ki=l/Ki-, г'= 1,2,3 — номер компонента; Кг — показатель изэнтропы; а*— процентное содержание компонента; р и р0 — текущая и естественная плотность грунта.

Применяя известные соотношения общей теории ударных волн, можно получить выражения для параметров фронта взрывной волны в многокомпонентной среде.

Рассматривая сжимаемость отдельно каждого компонента слагающего грунт, приходим к выводу, что, поскольку твердый и жидкий компоненты практически несжимаемы при давлениях Ю2—103 ат, основную ответственность за деформацию грунта при небольших нагрузках несет газообразный компонент. Есте­

ственно, предельная величина объемной деформации грунта в первую очередь будет зависеть от содержания этого компонента, т. е. от свободной пористости грунта. Ввиду того что в водона­ сыщенных песках содержание газообразного компонента неве­ лико, суммарная деформация водонасыщенного массива по Сравнению с деформацией неводонасыщенных песков в момент

ления описан в параграфе 4 гл. I. Взаимное перемещение компонентов обусловливает дополни­ тельный рост суммарных объемов деформаций грунтового мас­ сива.

Выше отмечалось, что размеры уплотненной зоны, обеспечи­ вающей многократное (в 10 и более раз) снижение водопрони­ цаемости грунта, зависят от свойств грунта и параметров заря­ да. При расположении заряда в горизонзонтальной траншее к этим факторам добавляется и глубина заложения заряда, или линия наименьшего сопротивления. Многочисленные измерения параметров уплотненной зоны в суглинистых и супесчаных грун­ тах позволили аппроксимировать связь между перечисленными факторами зависимостью

Rl + W2\3’84

(III.5)

7AW )

где Rn — радиус уплотненной зоны на уровне заряда, м. Рассчитаем необходимую величину заряда при следующих

условиях: мощность вскрыши H = Rn= 6,0 м; глубина зарядной траншеи, пройденной экскаватором «Беларусь», W=2,0 м. Тогда

36+ 43-84

вес траншейного заряда будет Сп = ■ /, 1 • Z— = 55 кг/пог. м . Из

соображений безопасности взрывание заряда этой величины на Олынаницком карьере № 4 проводилось участками по 10,0 м.

Врезультате взрыва была получена выемка сечением 30 м2

сустойчивыми откосами. Параметры выемки с нанесением уров­

ня грунтовых вод до и после взрыва приведены на рис. 58. При­ мечательно, что, несмотря на малую свободную пористость грун­ та (10% при плотности р= 1,9 г/см3), видимая глубина выемки

164