2.2. Показатели сейсмического действия взрыва

Интенсивность распространение упругих сейсмических волн характеризуется: скоростью колебаний (массового смещения) среды u, см/с, периодом колебания среды Т, сек. На основании эти параметров можно также определить амплитуду смещения s, см, ускорение смещения j, см/с², энергию сейсмических колебаний W_с, Дж. Также важными параметрами распространения сейсмических волн являются напряжения, частота колебаний и изменение всех перечисленных показателей в зависимости от расстояния, величины зарядов, условий взрывания и свойств среды.

Общепринятым критерием оценки интенсивности сейсмических колебаний является их энергия

(5)

Ускорение смещений считается менее устойчивой характеристикой, так как она зависит от местных условий действия взрыва.

, см/с² (6)

Для выражения параметров сейсмических волн в зависимости от массы заряда ВВ и расстояния от места взрыва R общепринята их интерпретация через параметры энергетического и геометрического подобий. Приведенная масса заряда или приведенное расстояние, определяются по Садовскому М.А. следующим образом

(7)

Условие подобия состоит в том, что если радиус заряда и расстояние увеличить в одно и тоже число раз, то скорость смещения с увеличением расстояния в тоже число раз должна сохраняться. Тогда смещение, и период сейсмических колебаний могут быть выражены следующим образом

, см. (8)

, сек. (9)

где – функция показателя действия взрыва,

– эмпирические коэффициенты, зависящие от свойств грунта,

– эмпирический показатель степени затухания сейсмических колебаний, зависящий от условий и технологии взрывания.

Анализ приведенных зависимостей показывает, что управление сейсмическим действием взрыва возможно в первую очередь за счет величины заряда ВВ и расстояния до центра взрыва.

2.3. Критерии сейсмобезопасности

Сейсмическое действие взрыва в горных породах оценивают амплитудой колебаний среды s, скоростью u и периодом колебаний T.

Известны многочисленные зависимости в т.ч. (8) по оценке амплитуды колебаний, учитывающие глубину заложения зарядов, свойства неоднородных пород и скорость волн. Общим для этих зависимостей является то, что они не учитывают ряд факторов, существенно влияющих на оценку конкретной сейсмической обстановки. В связи с этим использование амплитуды колебаний в качестве критерия оценки параметров сейсмической защиты различных сооружений ограничено.

Более общим критерием для этих целей является скорость колебаний среды в сейсмической волне, которая для многих типов грунтов, кроме водонасыщенных, мало зависит от условий взрывных работ. Между величиной скорости и разрушением экспериментально установлена прямая связь, тогда как для амплитуды и ускорения такой связи не наблюдается. Именно скорость колебаний и собственная частота колебаний зданий и сооружений определяют сейсмическое действие различных волн на сооружения. В связи с этим большое количество исследователей принимают скорость колебаний в качестве основного критерия оценки сейсмического действия взрыва.

Скорость колебаний в функции приведенной величины заряда или приведенного расстояний (7) может быть выражена как

,см/с (10)

Показатель степени затухания n в зависимости от расстояний до взрыва колеблется от 1 до 3, отражая тем самым его зависимость не только от свойств грунта, расположения объектов относительно очага вынужденных колебаний, но и от характера преобладающих сейсмических волн и тех потерь энергии, которые наблюдаются при переходе объемных продольных и поперечных волн в поверхностные волны. Ориентировочно можно принять при ; для скальных пород; для глин и лессов при ; при .

Коэффициент интенсивности сейсмических колебаний k зависит главным образом, от свойств среды: плотности ρ, скорости распространения волны С_р, модуля упругости Е; параметров ВВ и в определенной степени от технологии взрывных работ.

В зависимости от характера пород и применяемой технологии взрывных работ величина коэффициента k колеблется в очень широких пределах, что определяет необходимость проведения специальных экспериментальных исследований для определения величин k и n в конкретных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Скорость колебаний как критерий оценки сейсмического действия взрыва широко используется и в работах ряда зарубежных ученых, считающих в частности, что величина разрушения при прохождении сейсмических волн пропорциональна освобождаемой при этом кинетической энергии, которая в свою очередь пропорциональна квадрату скорости колебаний. Также отмечается, что ускорение непригодно для оценки ущерба сейсмического действия взрыва, так в этом случае переоценивается вредное действие высокочастотных колебаний, которые затухают очень быстро, в отличие от колебаний, возникающих при землетрясениях.

Для оценки периода колебаний Т используется формула (9). Большие периоды (при низкой, слабо затухающей частоте) сейсмических колебаний характерны для водонасыщенных грунтов и рыхлых породы с низким модулем объемного сжатия, тогда как для крепких пород с высоким модулем объемного сжатия характерны колебания более высокой частоты.

Связь периода колебаний с величиной заряда достаточно точно не установлена, она зависит как от характеристики пород, так и от типа действующих волн.

Следовательно, основным критерием оценки сейсмического действия взрыва в горных породах является скорость колебаний в функции приведенного расстояния или приведенной величины заряда, которая в меньшей степени, чем амплитуда колебаний, зависит от свойств грунта, она прямо пропорциональна разрушениям, возникающим при взрывах, определяет энергию сейсмических волн, позволяет полнее учитывать технологию взрывных работ. При этом в большинстве случает наибольшую опасность для зданий и сооружений представляет максимальная скорость поверхностной волны Релея, но на близких эпицентральных расстояниях при следует в большей степени учитывать скорость колебаний в продольной волне, преобладающей здесь по интенсивности.