Сейсмический эффект и местное действие взрыва

В связи с широким применением взрывчатых веществ (ВВ) в военном деле и практике строительных работ самостоятельный интерес представляет оценка сейсмического эффекта и местного действия взрыва. Местное действие взрыва включает в себя воронку взрыва, зоны разрушений, больших пластических деформаций и навала грунта. Под сейсмическим эффектом взрыва подразумевают действие сейсмовзрывных волн, распространяющихся в грунтовой среде.

Необходимо отметить, что при наземном и воздушном взрывах основным поражающим фактором, определяющим разрушение и повреждения зданий, является воздушная ударная волна. Вместе с тем при оценке воздействия взрыва на особо прочные наземные объекты следует учитывать дополнительное действие сейсмического эффекта и местного действия взрыва. Последнее непосредственно относится также к оценке действия взрыва на подземные сооружения.

Кроме того, сейсмический эффект является основным поражающим фактором при подземных взрывах

При наземном взрыве обычных ВВ на грунтах типа суглинок, песок, глина размеры воронки - радиус гв, м; глубина /гв, м; объём выброшенного грунта V, м3, - составляют [19]:

rB « 0,36Vg,

/2b~O,16Vg, (1-66)

V « 2,6Vg .

В формулах (1.66) величина G - масса тротилового заряда, кг. При взрыве заряда другого химического ВВ под G следует подразумевать величину его тротилового эквивалента, рассчитываемого по соотношению где Go - масса рассматриваемого заряда, кг; Qv, Qvmp - энергия взрыва данного ВВ и тротила соответственно, Дж/кг.

G-Go

Qv

Qvmp

(1.67)

Значение Q таких распространенных ВВ, как аммотол, гексоген, нитроглицерин, октоген, тротил, тетрил, ТЭН составляют соответственно 2,65; 5,36; 6,70; 5,86; 4,52; 4,52; 5,80 МДж/кг (1 МДж = 106 Дж).

Радиусы зон разрушения гр, больших пластических деформаций гп.д и навала грунта гн.г составляют:

гы«2^г„ (1.68)

г,г«(2,5...4>,.

В области воронки взрыва, зонах разрушения и больших пластических деформаций грунта обычно происходит полное разрушение высокопрочных объектов.

Значения гв, гр, гп.д, гн.г, V при ядерном взрыве приведены в литературе [20].

Представляется целесообразным сопоставить действие воздушной ударной волны наземного ядерного взрыва на жилые и промышленные здания с действием землетрясения. Такое сопоставление выполнено в табл. 5 [14].

Рекомендации по расчету давления во фронте воздушной ударной волны в зависимости от мощности взрыва и удаления точки наблюдения приведены в справочных пособиях [20, 21].

Так как при воздушном и наземном взрывах основным поражающим фактором, определяющим действие взрыва на наземные объекты, является воздушная ударная волна, ниже волновая система в грунте при таких взрывах не рассматривается.

Таблица 5

Степени разрушения зданий, сооружений в зависимости от величины избыточного давления во фронте воздушной ударной волны АРФ, кПа, и интенсивности землетрясения J, балл

Поражающий фактор

Степени разрушения

Слабое

Среднее

Сильное

Полное

ЛРф, кПа

10-г 20

20 4-30

30 4-50

>50

J, балл

5ч-6

7 4-8

9 4-10

> 10

Сейсмовзрывные волны являются основным поражающим фактором при подземных взрывах. Система сейсмовзрывных волн включает в себя продольную, поперечную и поверхностные волны. В приближенных расчетах оценка действия этих волн на наземные объекты может быть проведена на основе рекомендаций предыдущего параграфа с учетом соотношения величин Т и То, где Т - период колебаний грунта при прохождении волн, То - период собственных колебаний сооружения. При взрывах ВВ обычно выполняется соотношение Т < То.

Как отмечалось в предыдущем параграфе, при соотношении времен Т < То поражающее действие сейсмовзрывных волн определяется величиной скорости грунтовых колебаний.

Следует отметить, что вследствие большого разнообразия физико-механических свойств грунтов, их послойного залегания оценка скорости колебаний грунта при распространении сейсмовзрывных волн встречает определенные трудности. Кроме того, с изменением расстояния от центра взрыва максимальная скорость колебаний грунта может наблюдаться последовательно в различных волнах.

Ниже расчет максимальной скорости грунтовых колебаний проводится для определяющей по интенсивности волны.

На расстояниях R/l[G < (104-20) м/кг1/3 от центра подземного взрыва преобладающей по интенсивности обычно является продольная волна. Расчет максимальной скорости колебаний грунта в этой волне проводится по формуле [22]

(1-69)

где G - масса тротилового заряда, кг; 7? - расстояние от центра взрыва, м ; А -коэффициент, зависящий от типа грунта.

Коэффициент А имеет значения: 1100 - для глин; 700 - для гранита, известняка, водонасыщенного песка; 70-е- 130 - для лёсса влажностью 2% и 5% соответственно. В случаях, когда тип грунта точно не установлен, приближенно принимают коэффициент А = 700.

При взрыве в песчаном грунте расчет скорости 1Утах проводится по формуле где значения G, R имеют тот же смысл, что и в формуле (1.69).

W = 340 • ,rmax

1,8

, с м/с,

(1.70)

В приближенных расчетах формулы (1.69), (1.70) применяют при заглублениях заряда H-J^G =(0,7-е-2) м/кг1/3. С уменьшением величины Нт/у[с <0 7 м/кг1/3 значение W уменьшается (до нескольких раз). При таких заглублениях заряда расчет по этим формулам можно рассматривать как «оценку сверху». Взрывы на глубинах H-J^G > 2 м/кг1/3 производятся сравнительно редко (для решения специальных задач). При необходимости более точного определения скорости Wmax при заглублениях заряда

HtJ^G <0,7 м/кг|/3 и м/кг|/3 можно воспользоваться

рекомендациями [22].

На больших расстояниях наибольшую опасность представляет поверхностная волна.

При взрыве в грунте типа лёссовидный суглинок максимальная скорость колебания грунта, обусловленная этой волной, находится по формуле [22]

И'™ =4°-^ПТ’см/с-

к

(1.71)

При взрыве в скальном грунте

(1.72)

=40—см/м.

К

Численные коэффициенты в последних двух формулах отвечают заглублению заряда 0,7 м/кг ^ < H3/l[G < 2 м/кг'3

Периоды продольной Тр, с, и поверхностной Tr ,с, волн определяются по соотношениям [22]

Tr, = /c„VG.

  • (1.73)
  • (1.74)

TR=kR^G~R",

где величина R = r/^Jg , м/кг1/3 - расстояние от центра взрыва.

Значения коэффициентов кр, ки и показателя степени п в зависимости от типа грунта приведены в табл. 6 [22].

Для суглинка, как и для лёсса, значения ки = 0,06, п = 0,11 [22].

Численные значения кр, ки, п в табл. 6 отвечают заглублениям заряда 0,7 м/ кг^ < H3/3Jg < 2 м/ кг^ •

Значения величин кР, кк, п

Таблица 6

Грунт

кр

кк

п

Глина

0,04

0,08

0,11

Водонасыщенный песок

0,06

0,15

Гранит

0,0128

0,0058

0,44

Мраморизованный известняк

0,0128

0,035

0,20

Лёсс влажностью 5%

0,068

0,06

0,11

Лёсс влажностью 2%

0,068

0,06

0,11

Пример. Оценить опасность подрыва неразорвавшейся авиационной бомбы, оставшейся в земле после прошедшей войны, для расположенного на расстоянии 100 м жилого пятиэтажного каменного здания. Глубина залегания бомбы 10 м, масса тротилового заряда 1000 кг, грунт - мраморизованный известняк. Период собственных колебаний здания 0,3 с.

Решение: 1. Определяем относительное заглубление заряда:

H3/3Jg= 10/Viood = 1 м/кг1/3-

2. Находим относительное удаление здания от центра взрыва:

R/^G = л/1002 +102 /V100 ~10м/кг1/3.

3. По соотношениям (1.73), (1.74) вычисляем периоды продольной и поверхностной сейсмовзрывных волн:

Тр = 0,0128-Ш000 ~ 0,04 с, TR = 0,035 • V1000 • IO0,2 = 0,175 с •

При Тр < То и Tr < То, где То - период собственных колебаний здания, оценка воздействия взрыва проводится по максимальной скорости колебаний грунтового основания при распределении рассматриваемых волн.

4. Скорость колебаний грунта при прохождении продольной волны вычисляем по формуле (1.69):

=700-

  • 10001/3 д/юо2 +102
  • 7 см/с.
  • 5. Скорость колебаний грунта при прохождении поверхностной волны находим по формуле (1.72):

max

= 40-

  • 1ООО2/3
  • (7юо2+ю2Г

« 3,7 см/с.

Таким образом, максимальная скорость колебаний грунта при прохождении сейсмовзрывных волн составляет 7 см/с. При такой скорости колебания грунтового основания возможны незначительные повреждения здания.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >