книги из ГПНТБ / Подводные и подземные взрывы сб. ст

282 t. p. вУтКовиЧ

В В Е Д Е Н И Е Ф А З О В О Г О П Е Р Е Х О Д А

Фазовый переход, подобный тому, который наблю­ дал Аренс, возможем в твердом компоненте горной по­ роды, т. е. кривая разгрузки для твердого компонента горной породы от давлений 400 кбар идет резко вниз от адиабаты Гюгонио, а при давлении около 50 кбар

Р и с. 15. Измеренный и рассчитанный радиус полости при взрыве

«Б е н х а м » .

/—измеренный радиус полости; -------- расчет при помощи водо-подпорной модели и фазового перехода;---- — расчет без водо-подпорного эффекта и

фазового перехода.

эта кривая выходит на плотность, соответствующую состоянию до ударного сжатия (это видно на рис. 11). В соответствии с этим были подправлены адиабаты раз­ грузки для двухкомпонентной системы и проведены рас­ четы по программе SOC. Результаты расчетов приве­ дены на рис. 13 и 14 совместно с результатами расчета без фазового перехода. Как видно, экспериментальные данные и расчеты с учетом фазового перехода нахо­ дятся в значительно лучшем согласии. На рис. 15 пока­ зано изменение размера полости во времени, получен­ ное при помощи двух расчетов: в одном использовалась водо-подпорная модель с учетом фазового перехода, а

На рис. 16 приведен профиль напряжений в зависимо­ сти от расстояния через 50 мс после взрыва, получен­ ный в этих двух расчетах.

Рис. 16. Рассчитанный импульс радиальных напряжений через 50 мс после взрыва «Бенхам».

-------- расчет при помощи водо-подпорного эффекта и фазового перехода;

------ расчет без водо-подпорного эффекта или фазового перехода.

Так как расчеты для взрывов «Хардхэт» и «Скунер» проводились первоначально без учета фазового пере­ хода, было принято, что и в этих случаях происходит фазовый переход, подобный тому, который учитывался в расчетах для взрыва «Бенхам», и были внесены соот­ ветствующие поправки в кривые разгрузки. С учетом этих изменений расчеты были повторены; оказалось, что лишь небольшое различие наблюдается между расче­ тами, выполненными по водо-подпорной модели с уче­ том и без учета фазовых переходов. На рис. 17 приведен

график распределения радиального напряжения с рас­ стоянием через 12 мс после взрыва «Хардхэт», а на рис. 18 — рассчитанная скорость свободной поверхности для взрыва «Скунер».

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Предложена водо-подпорная модель, согласно кото­ рой среда в области вокруг подземного ядерного взрыва рассматривается как двухкомпонентная система, раз­ гружающаяся после сжатия пиковым ударным давле­ нием. В этой области порода плавится или просто на­ гревается, а вода, содержащаяся внутри этой области, целиком или частично испаряется. Предполагается, что твердый и жидкий компоненты при разгрузке имеют одно и то же давление. Кривые разгрузки обоих компо­ нентов учитываются при помощи процентного содержа­ ния каждого компонента.

Эта модель была проверена путем проведения рас­ четов по одномерной программе SOC и сравнения ре­ зультатов расчетов с экспериментальными данными, полученными в горных породах с содержанием воды от 1 до 25% по весу. Для гранита при взрыве «Хардхэт» с низким содержанием воДы различие между расчетами при помощи водо-подпорной модели и без нее оказалось относительно небольшим. Однако результаты, получен­ ные при помощи водо-подпорной модели, находятся в лучшем согласии с измерениями пиковых радиальных напряжений в области порядка - 1 кбар. Прекрасное со­ гласие между рассчитанными и измеренными скоро­ стями свободной поверхности было получено для туфа при взрыве «Скунер» с высоким содержанием воды в противоположность расчетам без введения водо-подпор­ ной модели, которые дали на 30% заниженные зна­ чения.

Для взрыва «Бенхам» с энергией 1 Мт наблюдалась значительная разница между рассчитанными и измерен­ ными временами прихода и пиковыми давлениями в об­ ласти порядка 100 кбар. Измерения указывали, что пиковые давления падают с расстоянием значительно быстрее, чем это получено из расчетов.- Дальнейшие

286 Т. Р. БУТКОВИЧ

исследования показали, что разгрузка силикатных гор­ ных пород после сильного сжатия в ударной волне про­ исходит более круто, чем на адиабате Погонно. Этот ре­ зультат указывает на то, что после ударного сжатия до давлений, превышающих 100 кбар, силикатные горные породы претерпевают фазовое изменение с переходом в более плотное полиморфное состояние, которое при уменьшении давления может или вернуться в фазу с низкой плотностью, пли некоторая часть более плот­ ной фазы может сохраниться — в зависимости от мине­ рального состава горной породы и от пикового давле­ ния в ударной волне. В предположении, что такой фазо­ вый переход происходит в твердом компоненте горной породы, было получено прекрасное согласие между экспериментальными и расчетными результатами.

Этот фазовый переход в твердом компоненте был учтен в водо-подпорной модели, и для взрывов «Хардхэт» в граните и «Скунер» в туфе расчеты были повто­ рены. Полученные результаты указывают, что фазовый переход вызывает лишь незначительное изменение в

окружающей ядерный взрыв, зависит от ее количества. Даже небольшое количество воды может повлиять на развитие ядерного взрыва, что не объясняется лишь уменьшением прочности горной породы. Во всех прове­ денных расчетах как при помощи водо-подпорной мо­ дели, так и без нее предполагалось, что прочность гор­ ной породы одна и та же. Для гранита взрыва «Хардхэт» с содержанием воды 0,5% по весу пиковое напря­ жение на 120 м от центра взрыва (рис. 8) было на 15% выше в случае водо-подпорной модели. Для туфа при

Фазовые изменения, которые происходят в силикат­ ных горных породах, сжатых ударной волной до давле­ ний, превышающих 100 кбар, существенны при опреде­ лении времени прихода и пикового давления в цент­

ральной зоне взрыва. Измерения этих параметров часто используются для определения энергии, выделяющейся при взрыве ядерного устройства. Влияние фазового из­ менения на более удаленных расстояниях (в области давлений порядка 1 кбар) оказывается незначительным.

Список литературы

1.Ahrens Т. J., Rosenberg J. Т., Shock metaniorphism: experiments on quartz and plagioclase, in «Shock Metamorphism of Natural Materials», Mono Book Co., Baltimore, Mr., 1968.

2.Ahrens T. J., Petersen C. F„ Rosenberg J. T„ Shock compression feldspars, J. Geophys. Res., 74, 2727—2746 (1969).

3.Butkovich T. R., Calculation of the shock wave from an under­

5.Cherry J. T., Petersen F. L., Numerical simulation of stress wave propagation from underground nuclear explosions, Lawrence Ra­ diat. Lab. Rep. UCRL-72216, Livermore, California, 1970.

6.Heusinkveld M., Flolzer F., Method of continuous shock front

8.ITolzer A., Mesurements and calculations of peak shock wave pa­ rameters from underground nuclear detonation, Lawrence Radiat. Lab. Rep. UCRL-7805, Livermore, California, 1964.

14.Tewes H. A., Results of the Scooner excavation experiment, Law­ rence Radiat. Lab. Rep., UCRL-71832, Livermore, California, 1970.

15.Von Thiel M., Shock wave data, Lawrence Radiat. Lab. Rep. UCRL-50108, 3 vol., Livermore, California, 1966.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОДЗЕМНЫХ ЯДЕРНЫХ ВЗРЫВОВ.

Ч. I. РАСЧЕТ СЕЙСМИЧЕСКОГО СПЕКТРА1)

Р. А. Мюллер, Дж. Р. Мёрфи

Описана модель масштабного пересчета сейсмического спектра, основанная на аналитической аппроксимации функции источника ядерного взрыва, п по большому объему экспериментальных дан­ ных произведена оценка ее применимости. Результаты теории подо­ бия указывают, что решающую роль в формировании сейсмических спектров подземных ядерных взрывов играют мощность, глубина и вмещающая среда. Представленные результаты показывают, что для функции возбуждения сейсмического источника подземного ядер­ ного взрыва не выполняется подобие по корню кубическому из за­ ряда. Для взрывов на достаточно больших глубинах, обеспечиваю­ щих полный камуфлет, теория подобия предсказывает зависимость показателя степени при заряде от частоты в диапазоне значений от 0,90 на низких частотах до 0,45 на высоких частотах. Эти значения показателя степени при заряде находятся в хорошем соответствии с эмпирическими соотношениями, статистически устанавливаемыми по данным измерений.

ВВЕДЕНИЕ

Предметом этой статьи является расчет амплитуд­ ных спектров сейсмических волн, возбуждаемых под­ земными ядерными взрывами. С начала проведения программы подземных испытаний большой объем иссле­ дований был посвящен отысканию математической мо­ дели, которую можно было бы использовать для рас­ чета функции сейсмического источника. Главной чертой этих усилий было стремление действовать в соответ­ ствие с «основными правилами», а именно, начав с мо­ мента и точки взрыва, последовательно вести расчет дальше в пространстве и времени с использованием вы-