Исследование механического действия взрыва подводных накладных зарядов в грунтах и скальных породах тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

РОССШСКАЯ академия наук ОРДЕНА ЛЕНИНА СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ Ордена Трудового Красного знамени Институт гидродинамики им. М.А.Лаврентьева

РГ6 од

На правах рукописи

Городилов Леонид Владимирович

УДК:622.235+534.222

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ ВЗРЫВА ПОДВОДНЫХ НАКЛАДНЫХ ЗАРЯДОВ В ГРУНТАХ И СКАЛЬНЫХ ПОРОДАХ

01.02.05 - Механика ¡шдкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата Зизико-математических наук

Новосибирск - 1993

Работа выполнена в Институте горного дела СО РАН

Научный руководитель:

-доктор физико-математических наук Шер E.H.

Официальные оппоненты:

-доктор физико-математических наук Тришин D.Ä.

-кандидат технических наук, профессор Станкеев A.B.

Ведущая организация - Институт динамики геосфер РАН

Защита состоится " '^^ 1993 г. в 4 О час на седании специализированного совета Д 002.55.01 в Институте

дродинамики им. Ы.А.Лаврентьева СО РАН (630090, НовосиОирск-

просп. акад. Лаврентьева, 15)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Инстст гидродинамики им. М.А.Лаврентьева СО РАН

Автореферат разослан " 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д 002.55.01 кандидат физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

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 воды, 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 воды 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 воды в месте взрыва. Главное внимание в настоящей работе было уделено новому эф-

фекту, обнаруженному при Езрывах сферических накладных зарядов ВВ: при определенных "оптимальных" глубинах вода параметры воронок (радиус Я, глубина П 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 Я, глубина Н 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 1г, 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 Еоронках, происходящие с изменением толщины верхнего слоя, ка-

чественно подобны соответствующим изменениям, наблюдаемым в экспериментах.

На защиту выносятся:

-результаты исследований воронок, образующихся при Езрыве 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 нижнему 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

НИТИ (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.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении охарактеризовано состояние исследуемого вопроса, его актуальность и сформулированы цели работы. Отмечается, что большинство работ, в которых в той или иной степени рассматривается метод накладных зарядов для разрушения горных пород под водой, освещают практическую сторону дела. Излагаются методы и технология взрывных работ и принципы расчета зарядов ВВ, даются рекомендации по удельному расходу ВВ, приводится поэтапно организация взрывных работ. Существует достаточно обширный материал по конкретным примерам применения накладных зарядов для разрушения пород под водой. Основными параметрами, характеризующими взрыв, при этом являются удельный расход ВВ, толщина отбиваемого слоя, редко - радиус и глубина воронок, образующихся при взрыве единичных зарядов. По этим данным, которые можно использовать для проектирования и расчета взрывных работ в конкретных горно-геологических и погодных условиях, трудно судить об эффективности механичекого действия зарядов ВВ. Собственно, процесс деформирования и разрушения среды при взрыве подводного наружного заряда исследован недостаточно. По-видимому, это вызвано незавершенностью исследований двумерных задач о развитии взрыва, к которым относится взрыв на границе раздела двух сред и взрыв подводных зарядов ВВ на мелководье. Аналитические решения здесь ограничиваются, в основном, случаями сильного плоского или точечного взрыва на границе раздела двух сред, при этом, как правило, основным вопросом исследований является распределение энергии и импульса взрыва между средами.

Далее приведено содержание глав диссертаций.

В первой главе излагаются результаты экспериментальных лабораторных исследований воронок, образуемых при взрыве подводных накладных зарядов в дне водоема. В 1.1 дается краткий вна-

лиз известных из литературы сведений по воронкообразованию при взрыве накладных зарядов под водой. Этим вопросом применительно к углублению фарватеров рек и песчаных перекатов ранее занимались В.М.Тавризов, Н.Г.Арзиманов, В.С.Перехвальсний, А.В.Станке-ев и др. Отмечено, что исследование влияния глубины воды на параметры воронок, образующихся при взрыве накладных зарядов ВВ под водой, в натурных условиях проводили лишь для песчаного дна. В 1.2 приводится общая постановка опытов по измерению профилей воронок, используемое оборудование, свойства материалов, методика измерений. В 1.3 излагаются результаты измерений профилей воронок в пластилине и песчано-цементном составе, свойства этих материалов близки к свойствам встречающихся в практике горных пород: глине и известнякам. Глубину воды Я в опытах изменяли от О до ЗОг0(г0- радиус заряда). Рассмотрение воронок в этих средах показало, что при подводном взрыве они качественно похожи. На рис. I представлены фотографии профилей воронок, полученные при взрывах сферических зарядов из ТЭНа массой 0.2 г на пластилиновом дне, анализ которых показывает, что воронки, полученные при взрыве под водой качественно отличаются от воронок, полученных при взрыве без воды (верхний профиль). Даже при небольшой глубине (Н/г0=1) прекращается интенсивный выброс материала из эпицентра взрыва, воронка, в основном, образуется за счет вытеснения и уплотнения среды. Основные параметры воронок (радиус Я, глубина К и объем 7) при изменении глубины воды проходят через максимальные значения: ?1 и V для песчано-цементного состава при глубине Н/г0=8, для пластилина - при Н/г0=5; Я - при Н/г0=Ю, примерно одинаковой для обеих сред. На рис. 2 представлены зависимости объемов воронок, приведенных к массе заряда Я, от глубины воды Н/г0, которые в данном случае отражают эффективность взрыва и являются интегральными характеристиками механического действия взрыва на дно водоема. Максимальные значения объемов, приведенных.к массе заряда, равные для песчано-цементного состава <*0.9 счР/т и для пластилина <"1.6 см^/г, превосходят объемы воронок, полученные в глубоководном бассейне (Н/го=30), соответственно, в "1.3 ив «7.8 раза и почти в 3 раза объемы воронок от взрыва накладных зарядов в отсутствии воды. В 1.4 изложены методика и результаты измерений воронок, образующихся при взрывах накладных зарядов на песке

при изменении глубины вода от О до 110rQ. Изменения в параметрах воронок при взрывах на песке намного больше, чем при взрывах на пластилине и песчано- цементном составе, что вызвано особенностями песка, как слабосвязной среды. Максимальные значения параметров воронки при взрывах на песке приходятся на глубину НУго=25-30, значительно превышающую подобные для пластилина и песчано-цементного состава. Эти факты свидетельствуют о различии в механизме образования воронок в этих средах. Максимальный объем воронки, достигаемый при глубине вода H=29rQ, равен "1450 см3/г и цревышает объемы воронок, получаемых в глубоководном бассейне и при отсутствии воды в <*3 раза.

Во второй главе изложены результаты экспериментальных исследований таких проявлений механического действия взрыва накладных зарядов, как поверхностные явления и импульс, передаваемый при взрыве нижнему полупространству, рассматривается физическая картина изменений механического действия взрыва подводных накладных зарядов ВВ, происходящих с изменением глубины воды. В

2.1 приводится обоснование необходимости исследований проявлений механического действия взрыва накладных зарядов под водой. В

2.2 изложена методика измерения вертикальной составлявшей I суммарного импульса, передаваемого при взрыве дну водоема, в основу которой положена классическая методика баллистического маятника, специально адаптированная для работы с водой. Приводится оценка импульса, передаваемого абсолютно жесткому полупространству продуктами детонации ВВ при взрыве подводного накладного заряда ВВ и результаты'измерения импульсов при взрыве контактных и малозаглубленных зарядов, выполненых с помощью методики баллистического маятника П.Ф.Похил и М.А.Садовским, Е.П.Шубиным, Б.А.Ивановым и др. В 2.3 приводятся результаты измерений суммарных импульсов для материалов дна - пластилина и песчано-цементного состава при изменении толщины слоя воды над поверхностью дна от О до 30г„. Величина I при увеличении глубины

О Z

воды от О до 8-10го возрастает более чем на порядок и достигает своего максимального значения для песчано-цементного состава при глубине H/rQ=9-10, для пластилина - при H/rQ=8 (рис. 3). Сопоставление результатов измерения импульса с интегральной характеристикой взрыва (объемами образующихся воронок) показывает, что при начальном увеличении слоя воды между этими величина-

ми наблюдается корреляция, которая нарушается после достижения объемами воронок своих максимальных значений. В 2.4 приведены результаты исследований развития куполов выброса воды и продуктов детонации ВВ, образующихся при взрыве накладных зарядов над поверхностью, проведенные с помощью установки СФР в проходящем свете при изменениии глубины воды от 0 до /5г*0. Исследованиями поверхностных явлений при взрыве подводных'зарядов занимались Р.Ноул, Л.С.Козаченко, Б.Д.Христофоров, В.К.Кедринский и др. Значительные изменения в форме куполов выброса, наблюдаемые в начальные моменты взрыва, от конусообразной с плавно смыкапцимся с поверхностью вода основанием (Я/г0>8) к цилиндрической с почти вертикальными стенками бортов (Н/г0=4~8) и грибообразной со стенками, расширяющимися от основания вверх {Н/г0=1-4), свидетельствуют о качественных изменениях в поле скоростей, возникающем после взрыва в атом диапазоне глубин. Приведены графики зависимостей начальной скорости подъема центральной точки купола от глубины воды, полученные при взрывах на пластилине и песчано-цементном составе. В 2.5 рассматривается физическая картина процесса формирования воронки выброса при изменении глубины воды. При глубоководном взрыве, так как центр заряда находится выше границы раздела сред и вертикальная компонента скорости на границе раздела направлена вниз, движение грунта при взрыве происходит в условиях закима по поверхности дна, что затрудняет процесс формирования воронки (вытеснения среды из эпицентра взрыва) и разрушения среды. Уменьшение глубины воды ведет к тому, что, начиная с определенной величины В/г0, на движение продуктов детонации ВВ и на условия на границе раздела сред существенное влияние начинает оказывать свободная поверхность: газовый пузырь вытягивается в вертикальном направлении и действие продуктов взрыва локализуется вблизи оси симметрии и становится короче по времени, вследствии прихода волны разрежения и кавитации поверхность раздела сред получает разгрузку. Уменьшается площадь приложения импульса давления к поверхности дна и среда получает возможность свободного движения из эпицентра взрыва в стороны. Поэтому, при уменьшении глубины воды, начиная с Н/г0-15-20, все параметры воронок увеличиваются, а глубины и объемы воронок продолжают расти даже после того, как суммарный импульс, передаваемый нижнему полупространству (по измерениям на

маятнике), начинает уменьшаться. Начиная с глубины Н/г0=5 для пластилина и U/rQ=8 для песчано-цементного состава все параметры воронок уменьшаются, что вызвано слишком большими потерями импульса, передаваемого при взрыве дну, которые уже не могут компенсироваться более благоприятными условиями для формирования воронок.

В третьей главе изложены теоретические исследования действия взрыва накладных зарядов ВВ под водой на дно водоема. В им-пульсно-гидродинамической постановке решена задача об определении профилей выемок выброса от действия сосредоточенных и шнуро-еых источников в двухслойной среде. В 3.1 приводятся сведения о применении импульсно-гидродинамической модели к задачам взрыва, рассматриваются известные решения об определении профилей воронок в двухслойных средах и приводится постановка задачи. Применительно к взрыву импульсно-гидродинамическая модель впервые была применена М.А.Лаврентьевым для описания действия кумулятивного заряда. В дальнейшем наибольшее распространение она получила для расчета воронок выброса от взрыва подземных зарядов ВВ. Здесь значительный вклад в ее развитие Енесли В.М.Кузнецов, Е.Н.Шер, Н.Б.Ильинский, И.А.Лучко и др. В 3.2 излагается аналитическое решение задачи о действии импульсного шнурового источника в двухслойной среде, полученное методом конформных цре-образований, для частного случая, когда плотности слоев одинаковы, а критическая скорость верхнего слоя равна нулю, что соответствует взрыву заряда ВВ под водой. Переход от шнурового источника к цилиндрическому реализован в рамках жидкостной схемы. В 3.3 приводится численный метод определения профилей воронок от действия сосредоточенных и шнуровых источников с применением метода граничных элементов. Алгоритм поиска границы воронки заключается в последовательных итерациях, на каждой из которых решается краевая задача для уравнения Лапласа. Приводятся формулы для вычисления коэффициентов системы линейных алгебраических уравнений для численного решения краевой задачи и формулы подвижки границы воронки на i-ой итерации. В 3.4 дается описание пакета программ на языке FORTRAN 77, в котором реализуется задача об определении профилей воронок в импульсно- гидродинамической постановке для двухслойной и однородной сред в осесиммет-ричном и плоском случаях. Перечислены основные этапы решения. В

3.5 решаются тестовые задачи для известных аналитических и численных решений, приводятся максимальные относительные ошибки в определении профилей воронок. В 3.6 изложены результаты расчетов профилей воронок от действия сферических источников, соприкасающихся с нижним полупространством, в двухслойной среде. Плотности, критические скорости верхнего слоя и полупространства и потенциал на поверхности импульсного источника подбирали в соответствии со свойствами материалов, использовавшихся в экспериментах, толщину верхнего слоя изменяли от О до 30го. На рис. 4 представлены характерные профили воронок, получаемые в расчетах. Плотность нижнего полупространства здесь соответствовала плотности пластилина. Верхний профиль получен при расчетах действия поверхностного кругового источника радиуса г0 (плоского накладного заряда ВВ) в однородной среде, потенциал на поверхности кругового источника принимали равным потенциалу на поверхности сферы в случае двухслойной среда, параметры среды принимали равными их значениям для нижнего слоя двухслойной среды. Следует отметить качественное отличие верхнего профиля от остальных, воронка в этом случае компактная и ее борта подходят к свободной поверхности под углом тс/2, тогда как в расчетах для двухслойной среды борта воронок растянуты в горизонтальном направлении и выходят на уровень раздела слоев плавно. При увеличении толщины верхнего слоя воронка еще более растягивается по горизонтали, увеличивается показатель выброса п. Аналогичные особенности наблюдаются и в экспериментах при взрыве накладных зарядов на дневной поверхности и в воде, а также при изменении глубины вода Н/г0 (рис. I). Однако здесь следует отметить и отличия в форме воронок, которые связаны как с характерными особенностями твердо-жидкостной постановки импульсно- гидродинамической модели, так и с механизмом образования воронок при взрывах мелкомасштабных зарядов в лабораторных условиях. В опытах наибольшая глубина воронки Н имеет место непосредственно под зарядом и основная часть видимого объема воронки сконцентрирована вблизи заряда, в ее эпицентральной зоне, тогда как в расчетах под импульсным источником имеется заострение, направленное вершиной вверх, вслед-ствии чего воронка имеет более широкое среднее основание. На рис. 5-7 приведены расчетные и экспериментальные зависимости приведенных к радиусу заряда г0 глубин К и радиусов Р. воронок

и приведенного к массе заряда Q объема 7 от глубины воды H/rQ. Сравнение расчетных и экспериментальных зависимостей h/rQ=i(E/r0), R/rQ=i{H/r0) и 7/Q=i(H/rQ) свидетельствует об их качественном сходстве. Почти на всех расчетных зависимостях имеем оптимумы - значения толщин верхнего слоя, при которых функции проходят через свои максимальные значения. Количественные расхождения, которые особенно значительны для объемов воронок, в основном, вызваны особенностями импульсно- гидродинамической модели. В 3.7 приведены результаты расчетов профилей воронок от действия сферических и бесконечных цилиндрических источников, соприкасающихся с нижним полупространством, в двухслойных средах. Критическую скорость верхнего слоя принимали равной О, что соответствовало взрыву в воде, толщину изменяли от О до 50rQ. Потенциалы на поверхности источников вычисляли приравниванием кинетической энергии безграничной идеальной жидкости с помещенным в ней импульсным источником эффективной части общей энергии заряда ВВ. Сравнивается поведение профилей воронок, образующихся от действия цилиндрических и сферических источников, при изменении толщины верхнего слоя. Влияние толщины верхнего слоя на форму и размеры воронок в случае цилиндрических источников качественно схоже со случаем сферических источников, отличие выражается в более быстром изменении параметров воронок при изменении толщины верхнего слоя.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы. В приложении 1 дана распечатка пакета программ, написанных на алгоритмическом языке FORTRAN 7Т, для расчета профилей воронок от действия источников произвольной формы в твердожид-костной импульсно-гидродинамической постановке для однородных и двухслойных сред в случае осевой и плоской симметрии. В приложении 2 изложен способ подводной взрывной отбойки горных пород, предложенный на основании обнаруженного эффекта существования оптимальной глубины воды для объема получаемых воронок и защищенный авторским свидетельством К 1562204.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

I.. Экспериментально исследованы форма и размеры воронок, образующихся при взрыве подводных накладных зарядов в грунтах и скальных породах, моделями которых в лабораторных условиях слу-

жили песок, пластилин и песчано-цементный состав. Установлено, что при переходе от взрыва заряда ВВ в наземных условиях к взрыву в глубоководном бассейне наиболее значительные изменения в размерах и форме воронок наблюдаются в диапазоне глубин Н/г0: для связных грунтов и скальных пород - от О до 15-20; для песка - от О до 60. Основные параметры воронок (радиус й, глубина Н и объем V) проходят через свои максимальные значения при определенных "оптимальных" глубинах Н/г0, которые для объема равны: для плвстилина - 5; для песчано-цементного состава - в; для песка - 28.

2. Разработана методика для измерения суммарного импульса, передаваемого при взрыве дну водоема, с использованием конструкции баллистического маятника. Измерения, проведенные на пес-чано-цементных и пластилиновых мишенях, показали что при начальном увеличении слоя воды Я/г0 (для пластилина - от О до 5, для песчано-цементного состава - от О до 8) увеличение суммарного импульса, передаваемого при взрыве полупространству - дну водоема, коррелирует с увеличением интегральной характеристики действия взрыва на дно - объемом воронки. Во всем исследованном диапазоне глубин (Я/г0 изменяли от О до 30) импульс, передаваемый при взрыве более плотной и прочной мишени (песчано-цементной) выше, чем менее плотной и прочной мишени (пластилиновой).

3. Исследование поверхностных эффектов, наблюдаемых при взрыве, показало, что изменения в динамике развития куполов выброса воды и продуктов взрыва в исследованном диапазоне глубин Я/г0 свидетельствуют о локализации действия продуктов детонации ВВ вблизи оси симметрии и об уменьшении длительности и величины этого воздействия при уменьшении Н/г0, что согласуется с изменениями в параметрах воронок, происходящими при указанных глубинах. Начальная скорость подъема центральной точки купола, особенно при малых глубинах (Н/г0<8), существенно зависит от материала дна, на котором происходит взрыв, для более плотной и прочной среды она выше.

4.' Рассмотрена физическая картина изменений механического действия взрыва накладных зарядов ВВ на дно водоема, происходящих с изменением глубины воды Н/г0. С увеличением Н/г0 увеличивается как абсолютная величина импульса, передаваемого при

взрыве дну, так и площадь его приложения к поверхности дна. Первоначальное увеличение эффективности взрыва (объема V образующихся воронок) при увеличении слоя воды Н/г0 от О до оптимальной для данной среды величины вызвано, в основном, значительным (более чем на порядок) увеличением импульса давления, передаваемого при взрыве нижнему полупространству - дну водоема. При относительно больших глубинах Н/г0 формирование воронки затруднено тем обстоятельством, что импульс давления прилагается к существенно большей площади, что препятствует эффективному разрушению среды и вытеснению ее из эпицентра взрыва. Наложение этого фактора приводит к тому, что при увеличении глубины воды свыше оптимальной эффективность взрыва не только не увеличивается, но и уменьшается.

5. Разработаны алгоритм и программа численного метода с применением метода граничных элементов определения профилей воронок выброса в импульсно-гидродинамической постановке для двухслойных сред в плоском и осесимметричном случаях для источников - зарядов ВВ произвольной формы. Проведены расчеты профилей воронок от действия импульсных источников в двухслойной среде для частного случая, соответствующего в реальности взрыву накладных сферических зарядов ВВ под водой, которые показали, что выбранная теоретическая модель удовлетворительно описывает качественные изменения в параметрах воронок, происходящие с изменением глубины воды. Последнее свидетельствует о преобладающем влиянии геометрических факторов (отношения толщины слоя воды к радиусу заряда) на процесс формирования воронок при взрыве зарядов ВВ на мелководье. Вместе с тем, в рамках импульсно-гидродинамической модели не удается получить удовлетворительного соответствия во влиянии прочностных и инерционных свойств (критической скорости и плотности) среды на размеры образующихся воронок, увеличение этих параметров ведет к уменьшению как размеров расчетных воронок, что согласуется с экспериментом, так и оптимальных глубин, на которых достигаются максимальные значения параметров воронки (радиуса Я, глубины Ь. и объема V), тогда как в опытах наблюдается обратная картина.

Проведены расчеты действия цилиндрических источников в двухслойной среде с жидким верхним слоем. Влияние толщины верхнего слоя на форму и размеры воронок в этом случае качественно

схоже со случаем действия сферических источников, отличие выражается в более быстром изменениии параметров Еоронок при изменении толщины верхнего слоя.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Городилов Л.В., Сухотин А.П. Особенности действия подводного взрыва/Сб. трудов по проблеме ФГП,- М.:МГИ,1934.

2. Городилов Л.В., Сухотин А.П. Экспериментальное исследование действия взрыва подводных накладных зарядов на дно водое-ма/"Труды IX конференции молодых ученых. Долгопрудный, 21 мар-та-7 апр., 1984.4.1"-Моск.фаз.-тех. ин-т.,М.,1984.-Рукопись деп. в ВИНИТИ а 1602-84 Деп.

3. Городилов Л.В., Сухотин А.П. Действие взрыва накладного заряда ВВ на дно водоема//ФГПРПИ.-1987.-4.

4. А. с. № 1562204. Способ подводной взрывной отбойки по-род/Городилов Л.В., Сухотин А.П.

5. Городилов Л.В., Мартынюк П.А. Задача об определении границы воронки выброса при взрыве цилиндрического накладного заряда ВВ под В0Д0Й//ФТПИМ.-1991 .-3.

6. Городилов Л.В. Импульсно-гидродинамическая модель взрыва' на выброс/Механика горных пород, горное и строительное машиноведение, технология горных работ.-Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 1993.

Рис. I.

У/й, см3/г

Рис. 2. Обозначение символов: О - взрыв зарядов массой 0=0.2 г на пластилине; ® - взрыв зарядов массой 0=0.8 г на пластилине; ш - взрыв зарядов массой 0=0.8 г на песчано-цементном составе;

а - взрыв зарядов массой 0=2.5 г на песчано-цементном составе.

1/а, кГ-сек/кгв

Рис. 3. Обозначение символов: О - результаты измерения импульса при взрывах на пластилине;

а - результаты измерения импульса при взрывах на пес-чано-цементном составе.

ff/r0=0

H/r0=2

H/ro=10

Я/го=30

Рис. 4.

л/г0

Рис. 5.

Обозначение символов: О, • - результаты экспериментов и соответствующих им расчетов, полученные при взрывах на пластилине; О, • - результаты экспериментов и соответствующих им расчетов, полученные при взрывах на песчано-цементном составе.

Я/г0

15.0-

о

| о 10.0+ о

0 0 >-'-^-' Н/Гд

0.0 10.0 20.0 30 О

Рис. 6.

Обозначение символов см-, рис. 5.

т, см3/г

0.0 * 10.0 20.0 30.0

Рис. 7.

Обозначение символов см. рис. 5.

Подписано к печати 21 ишя 1993г. Формат 60x84/16. Печать офсетная, объем I п. л. тираж 90. заказ 39.

ИГД СО РАН