книги из ГПНТБ / Кушнарев Д.М. Использование энергии взрыва в строительстве

стей: камеры давления и измерительной установки. Наружный диаметр камеры давления 90 мм, длина 490 мм; длина рабочей камеры 175 мм; объем 1000 см3.

Максимальное давление, создаваемое в камере, 8 кгс/см2. Давление на воду, находящуюся в камере, создается сжатым углекислым газом. Диаметр скважины под прессиометр 110 мм.

Рис. 53. График результатов испытания грунтов пресснометром

Давление

В процессе испытания регистрируют изменение давления на стенки скважины п объем камеры (рис. 53).

Модуль деформации грунта определяют следующим обра­ зом:

мендуется производить путем сопоставления результатов пресснометрии с результатами опытных нагрузок на стандартные штампы площадью 5000 см2. При использовании полученных ре­ зультатов необходимо учитывать, что напряжения в грунте соз­ давались в горизонтальном направлении.

деформации может быть определена в приборах трехосного сжа­ тия при испытании по закрытой системе, а величины фильтра­ ционной и вторичной деформации — в обычных компрессионных приборах.

При сжатии грунта в компрессионном приборе диаметр об­ разца не меняется, поэтому относительная деформация грунта равна относительному изменению объема, т.е.

120

Так как грунт уплотняется главным образом за счет умень­ шения объема пор (сжимаемостью частиц грунта можно прене­ бречь), то деформацию сжатия грунта можно выразить также через изменение коэффициента пористости е.

Компрессионными испытаниями предусматривается устано­ вить следующие зависимости:

1) между вертикальными деформациями грунта и верти­ кальным давлением р —• компрессионная кривая, на основе ко­ торой определяют коэффициент уплотнения;

2) между вертикальными деформациями и временем при по­ стоянной нагрузке — кривая консолидации, на основе которой определяют коэффициент консолидации.

Помимо коэффициентов уплотнения и консолидации, при компрессионных испытаниях можно определить давление набу­ хания для глинистых грунтов, величину восстанавливающейся после снятия нагрузки деформации грунта и ранее действовав­ шее на грунт природное давление.

Сжимаемость грунтов может быть охарактеризована следу­ ющими зависимостями:

1)коэффициента пористости е от давления р;

2)относительной деформации е (или модуля осадки) от давления р;

3)влажности W от давления р.

Для небольших диапазонов изменения давления компрес­ сионная кривая в координатах е—р может быть заменена пря­ мой, уравнение которой с угловым коэффициентом а будет иметь вид:

12!

прессиониых свойств, так как значительно изменяется величи­ на а.

Некоторые дисперсные грунты при определенных видах воз­ действия обладают способностью давать значительные и срав­ нительно быстро протекающие дополнительные осадки. Такие объемные деформации грунтов, обусловленные резким уменьше­ нием прочности структурных связей между частицами грунта, называются просадками. Наибольшей способностью к просад­ кам обладают, как правило, высокопористые лёссовые грунты при увлажнении их под некоторой нагрузкой, мерзлые грунты при оттаивании и в значительно меньшей степени сухие мелко­ зернистые рыхлые пески при увлажнении пли сотрясении.

При оценке деформации лёссовых пород под нагрузкой с по­ следующим замачиванием различают три составляющие: 1) осад­ ку— деформацию, обусловленную уплотнением грунта, которая не сопровождается коренным изменением прочности структур­ ных связей между частицами; 2) просадку — деформацию, обус­ ловленную быстропротекающим уплотнением грунта, находя­ щегося под давлением при увлажнении в результате резкого уменьшения прочности структурных связей; 3) послепросадочную деформацию — медленно протекающее уплотнение грунта вследствие отжатия воды из его пор. Послепросадочная дефор­ мация состоит из первичной и вторичной консолидации, харак­ терных для непросадочных глинистых грунтов.

ір, представляющий собой отношение величины просадки к высо­

в лабораторных, так и в полевых условиях. В полевых условиях применяют следующие методы:

122

а) сдвиг монолита грунта большого объема, отделенного от

и условий их работы совместно с сооружением. Кроме того, це­ лесообразно учитывать соотношения между структурной проч­ ностью грунтов и интенсивностью внешнего воздействия на грунт.

Необходимо также установить зависимость показателей прочности на разных стадиях процесса консолидации от влаж­ ности, пористости, степени водонасыщения, консистенции грунта.

Одноплоскостным срезом называется прямой срез образца грунта по фиксированной плоскости. При заданном вертикаль­ ном напряжении о определяется линейное сдвигающее напря­ жение т, при котором возникает незатухающее скольжение (сдвиг) одной части образца по другой. Каждому значению а соответствует некоторое значение т. По полученным парам зна­ чений о п т строят предельную огибающую (диаграмму сдвига) x—f(a). В общем виде эта зависимость имеет криволинейный характер. В механике грунтов эту кривую обычно аппроксими­ руют прямой, отвечающей уравнению

сопротивление, состоящее из двух частей: независящей от дав­

ла сдвига ojj; tgi|) называется коэффициентом сдвига и численно равен — . Одноосное сжатие грунта происходит при отсутствии

бокового давления.

Цилиндрический образец грунта доводят до разрушения по­ следовательно увеличивающейся нагрузкой, фиксируют давле­ ние Стр, при котором происходит разрушение.

По найденным величинам сгр и а легко определить прямоли-

123

напряженного состояния применяют различные приборы одно­ осного сжатия.

В отличие от других методов лабораторных определений со­ противления грунтов сдвигу при трехосных испытаниях можно более правильно воспроизвести природное напряженное состоя­ ние грунта и условия его работы в сооружениях. При трехос­ ном сжатии на образец грунта действуют не только вертикаль­ ная нагрузка, по п боковые нагрузки, величина которых не за­ висит от вертикальной нагрузки.

Для трехосных испытаний более удобно представлять усло­ вие разрушения (условие пластичности) в виде соотношения, связывающего непосредственно главные напряжения в момент

(тангенс угла наклона прямой) определяются графическим пу­ тем .

Наряду с показателями прочности при трехосных испытаниях (как и одноосных) можно определить также показатели дефор­ мируемости H , кроме того, непосредственно измерить объемные деформации.

3. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЗРЫВА В ГРУНТАХ

Как известно, явления, происходящие при взрывах в грунтах, тесно связаны с наличием взрывных волн или волн напряжений в разрушаемой среде, следовательно, действие взрыва на грунт необходимо исследовать с учетом основных законов движения и отражения этих волн. Изучение действия взрыва и решение волновых задач, связанных с действием взрыва в грунтах, про­ водятся па основе общих методов динамики сплошных плотных сред с учетом специфических свойств грунтов.

Экспериментальные исследования действия волн в грунтах позволяют повысить степень управления энергией взрыва п обе­ спечить безопасность работ. Основным фактором при оценке энергетических характеристик взрыва является величина напря­ жений во фронте ударной волны, определяемых различными способами. Обычно для этой цели достаточно определить непо­ средственно смещение, скорость смещения или ускорение сме­ щения частиц среды, а затем расчетным путем получить вели­ чину напряжений.

124

Действие взрыва в плотных средах регистрируется с по­ мощью специальных приборов, которые по принципу действия можно условно разделить на три класса. К первому классу от­ носятся оптические приборы; скоростные кинокамеры и сверх­ скоростные фоторегистраторы; ко второму — электрические при­ боры, магнитоэлектрические и электронно-лучевые осциллогра­ фы, к третьему — реитгеноимпульсные установки. Рассмотрим вкратце методы и средства регистрации параметров взрывных волн при помощи указанных приборов и рентгеновской уста­ новки.

Регистрация энергетических параметров взрыва в мягких грунтах методом электрических измерений

Основные параметры волновых процессов, происходящих в грунтах, обычно измеряют с помощью различных измеритель­ ных систем в лабораторных и полевых условиях.

Внастоящее время наиболее широко распространены элек­ трические измерительные системы, состоящие из датчика и из­ мерительной схемы. Датчик преобразует тот или иной механи­ ческий параметр в электрический сигнал, который поступает за­ тем на измерительную схему. Измерительная схема в общем случае состоит из согласующего устройства, линии связи, уси­ лительной и регистрирующей части. В зависимости от условий инструментальных замеров и вида снимаемого параметра при­ меняют различные датчики, основанные на разных принципах действия. В зависимости от типа датчика некоторые элементы измерительной схемы могут отсутствовать, а параметры элемен­ тов, входящих в измерительную схему, могут быть самыми раз­ личными.

Взоне, непосредственно примыкающей к заряду, при взры­ ве проходит ударная волна с большой амплитудой, крутым фронтом и скоростью, превышающей скорость звука и завися­ щей от давления на фронте волны. По форме ударная волна представляет собой одиночный импульс определенной длитель­ ности. Для неискаженной регистрации такого импульса к разре­ шающей способности и частотным характеристикам элементов измерительной системы предъявляются весьма высокие требо­ вания.

Влабораторных условиях наиболее широко применяют элек­ тромагнитный метод измерения с использованием индукционных

датчиков в стационарном магнитном поле. Суть данного мето­ да заключается в том, что в модель на определенных расстоя­ ниях помещают датчики в виде контура из фольги или проволо­ ки, а всю модель вводят в мощное равномерное магнитное по­ ле, силовые линии которого перпендикулярны направлению смещения.

125

При взрыве происходит смещение датчиков вместе со средой и в последних наводится электродвижущая сила, пропорцио­ нальная скорости смещения:

и— массовая скорость смещения среды за фронтом ударной волны;

чика, применяют скоростные электронные осциллографы типа ОК-15М. Рекомендуется применять пятилучевой электронный осциллограф типа С1-33 при замерах на больших базах. С по­ мощью фотоприставки фотографируют сигнал на этих осцилло­ графах.

Высоковольтный осциллограф ОК-15М имеет однократную спиральную развертку, которая позволяет исследовать форму, определять длительность и время задержки импульсных про­ цессов длительностью до 15 мксек при разрешающей способно­ сти 0,003 мксек. Электронно-лучевая трубка 23Л051А имеет кру­ говую развертку с радиальным отклонением луча. Рабочий уча-

126

сток трубки имеет наружный диаметр 180 мм и внутренний 140 мм. Развертка луча происходит по архимедовой спирали от периферии к центру с постоянной угловой скоростью (одни обо­ рот в 1 мксек). Частота синусоидального генератора, задающе­ го круговую развертку, стабилизирована кварцем и гарантиру­ ется с точностью до ±0,02% . Время задержки схемы пуска от момента подачи пускового сигнала до появления луча не превы­ шает 0,2 мксек при пусковом сигнале с амплитудой 100 в и дли­ тельностью переднего фронта не более 0,03 мксек.

Осциллограф С1-33 на пятилучевой трубке предназначен для одновременного исследования в лабораторных условиях пя­ ти процессов путем визуального наблюдения и фотографирова­ ния. Осциллограф имеет пять усилителей вертикального откло­

дуемым, так и внешним сигналом. Минимальная частота следо­

с погрешностью не более ± (10%+-у-100%); амплитуды — с по­

грешностью не более ± (10% + -у- 100%), где / — измеряемый

участок шкалы.

127

Весьма перспективным является применение при замерах ос­ циллографов с запоминающим устройством, в которых сигнал на трубке осциллографа остается па определенное время.

При дальнейшем распространении ударная волна постепен­ но уменьшается по амплитуде, а ее скорость стремится к скоро­ сти звука. Фронт ее становится более пологим, но все же значи­ тельно круче, чем спад. Для регистрации такой взрывной волны широко применяют пьезодатчикп, позволяющие регистрировать фронт волны без искажения. В датчиках данного типа использу­

где а—чувствительность электронно-лучевой трубки осцил­ лографа;

h— величина отклонения луча.

При отсутствии паспортных данных тарировку пьезодатчиков производят следующим образом.

Образец, помещенный между двумя электродами держателя, подвергается сжатию прессом. Заряд, возникающий на обклад­ ках образца при резком снятии нагрузки, измеряется баллисти- • ческим гальванометром. Величину заряда Q определяют по фор­ муле

128

этого в бассейн с водой помещают кольца разных диаметров. В центре меньшего кольца укрепляют заряд ВВ, а по окружности — пьезодатчики. Пьезодатчики и заряд ВВ покрывают изолиру­ ющей пленкой. Инициирование осуществляется каплями азида

рушаются или возникает нелинейность их рабочих характерис­

В настоящее время широко распространены пьезодатчики из различных керамических пьезоматерналов (титанат бария, цирконат-титанат свинца и др.). При исследованиях используют пьезодатчики из титаната бария ввиду их высокой механической прочности и достаточной чувствительности. Для согласования большого внутреннего сопротивления пьезодатчнков с линиями связи (особенно в полигонных условиях) сигнал, снимаемый не­ посредственно с датчика, необходимо подавать на катодный пов­ торитель.

Для регистрации сигналов, получаемых с датчиков, приме­ няют различные электронные осциллографы — ОК-17М, С1-29, С1-19 и др.

В осциллографе ОК-17М (рис. 54) применена двухлучевая осциллографическая трубка типа 18Л047А. Диаметр рабочей ча­ сти экрана 125 мм.

Развертка по осп времени — однократная. Длительность раз­

первого усилителя. В первом случае пусковой сигнал величиной не менее +10 в подается на пусковой вход осциллографа. При пусковом сигнале +50 в время срабатывания схемы пуска не бо­