- •Изучение сейсмического воздействия взрыва на охраняемые объекты
- •1. Цель работы
- •2. Теория
- •2.1. Сейсмические волны
- •2.2. Показатели сейсмического действия взрыва
- •2.3. Критерии сейсмобезопасности
- •2.4. Допустимые и критические скорости колебаний зданий и сооружений при сейсмическом действии взрыва
- •2.5. Определение сейсмического действия взрывов на здания и сооружения
- •2.6. Управление сейсмическим действием взрыва
- •2.6.1. Управление сейсмическим действием взрыва одиночного заряда
- •2.6.1. Управление сейсмическим действием при взрывании группы зарядов
- •3. Экспериментальное определение сейсмических колебаний
- •3.1. Приборы и оборудование
- •3.2. Проведение измерений
- •4. Анализ результатов
- •5. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
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.