Изучение сейсмического воздействия взрыва на охраняемые объекты
1. Цель работы
Целью лабораторной работы является изучение современных методов и приборов оценки сейсмического воздействия взрыва на охраняемые объекты. Полученные экспериментальные данные используются для расчета предельно допустимого заряда ВВ и расстояний, не допускающих повреждений охраняемых объектов по действующим нормативам и стандартам. Решение поставленных задач направлено на достижение необходимого качества взрывных работ при защите инженерных сооружений от сейсмического действия взрыва.
2. Теория
2.1. Сейсмические волны
В результате взрыва заряда ВВ возникает ударная волна т.е. мгновенное возмущение среды, все параметры состояния вещества на фронте которого меняются скачком, а скорость его распространения превышает скорость звука в данной среде. Практически область распространения ударной волны ограничена объемом, радиус которого составляет 3-7 радиусов заряда. В дальнейшем по мере выполаживания переднего фронта ударной волны в среде наблюдается ее переход в волну сжатия. Волной сжатия называется неупругое возмущение среды, все параметры состояния вещества на фронте которого меняются достаточно плавно. Скорость распространения возмущения равна скорости звука в данной среде, а время изменения состояния вещества всегда меньше времени возвращения его к состоянию покоя. Зона распространения остаточных деформаций, вызванных действием этой волны, зависит от свойств среды. В дальнейшем волна сжатия переходит в сейсмическую волну. Сейсмической волной называется упругое возмущение среды, параметры состояния вещества на фронте которого практически не меняются. Скорость распространения такого возмущения равна скорости звука в данной среде, а время выведения вещества из состояния покоя равно времени его возвращения к этому состоянию. Область распространения этих колебаний обычно определяется общей массой заряда и упруго-пластическими свойствами среды.
Выделенные области
действия взрывных волн принципиально
отличаются между собой формой волн и
условиями их распространения в средах:
в области ударных волн затухание
напряжений пропорционально величине
,
в области зон сжатия –
,
в области сейсмических волн – близкой
к линейной
,
где R – расстояние.
Благодаря интенсивному затуханию
взрывных волн в двух ближних зонах, в
сейсмическую волну обычно переходит
всего лишь около 1% потенциальной энергии
ВВ. Однако практический линейный закон
затухания самих сейсмических колебаний
обусловливает довольно длительное
сохранение упругих возмущений в среде,
что вынуждает принимать меры для
обеспечения сейсмической безопасности
инженерных сооружений.
В области распространения сейсмических волн наблюдаются продольные, поперечные и поверхностные волны. Продольной волной называется такое колебательной движение среды, вызванное упругими деформациями попеременного сжатия и растяжения, при котором в процессе ее объемной деформации направление колебаний частиц совпадает с направлением общего распространения волны. При поперечной волне колебательное движение среды, вызванное упругими деформациями сдвига, перпендикулярно к направлению распространения волны. При отражении продольных и поперечных волн от границы раздела сред возникают отраженные и преломленные продольные и поперечные волны, что в целом значительно усложняет волновую картину взрыва.
При наличии границы
раздела сред по ней распространяются
поверхностные волны (волны Релея)
– такое колебательное движение среды,
обусловленное взаимодействием продольных
и поперечных волн, которое наблюдается
лишь при двумерной ее деформации вблизи
свободной поверхности, и частицы на
фронте которого движутся по эллиптической
орбите. Распространяясь в приповерхностном
слое, волна Релея характеризуется
двумерным затуханием, в отличие от
трехмерного, свойственного для продольных
и поперечных волн объемного типа.
Благодаря более медленному затуханию
(пропорционально
)
по мере удаления от источника взрыва
роль поверхностной волны в общей картине
сейсмического действия взрыва возрастает,
и с точки зрения сейсмической защиты
охраняемых объектов на далеких расстояниях
поверхностные волны Релея представляют
максимальный интерес.
В сейсмологии продольные волны называют первичными, все другие типы волн – вторичными.
Указанные типы волн распространяются независимо друг от друга и с различными скоростями:
скорость продольной упругой волны
(1)
скорость поперечной упругой волны
(2)
скорость поверхностной волны Релея
(3)
где Е – модуль упругости,
ρ – плотность среды,
ν – коэффициент Пуассона.
Расстояние, с которого наблюдается раздельное существование упругих продольных и поперечных волн, может быть определено уравнением
(4)
где Q – величина заряда ВВ.
По мере увеличения расстояния Rс разрыв во времени следования данных волн, из-за различия скоростей их распространения, увеличивается, вследствие чего возрастает общая длительность сейсмических колебаний.