Третий этап — распространение упругих волн. Его началом является момент остановки границы зоны разрушения, когда движение сохраняется только в упругой внешней зоне.
Если признать сопротивление взрыву со стороны среды, которую будем считать неограниченной, равномерным в любом направлении, то очевидно, что взрывные возмущения образуют концентрические сферы. Первая от заряда сфера подвергается, естественно, наиболее сильному воздействию, которое приводит к пластической деформация среды и сильному измельчению (скальные породы) или сжатию (пластичные породы). Эта первая сфера названа сферой сжатия или измельчения. За границей этой сферы воздействие взрыва ослабевает — он образует в массиве трещины и нарушает сплошность среды. Это — сфера разрыхления. Покидая сферу разрыхления, волна
возмущения теряет силу своего воздействия и способна вызвать лишь колебательное движение частиц среды, по нарушая связей между ними. Это наиболее обширная по масштабам сфера сотрясения или сейсмического действия взрыва.
Такая условная картина действия взрыва характеризует работу только одной его составляющей — волны напряжений. Вторая составляющая — квазистатическое давление газообразных продуктов детонации. Попробуем совместить в единое целое эти оба рычага взрыва.
В результате взрыва, как мы знаем, образуется ударная волна, которая прокладывает равномерно во все стороны от заряда радиальные трещины (рис. 4, а). В это время остаточное давление газа в зарядной камере еще велико и может составлять 1 — 5 кбар. Под действием этого давления газовый поток устремляется б трещины. Скорость потока может оказаться достаточно высокой, и в этом случае газ достигнет вершины трещины. Так как течение газа в узкой трещине связано с заметными гидродинамическими и тепловыми потерями, то скорость течения только вначале немного превышает скорость распространения трещины. Но даже если давление газа в трещине быстро уменьшается, он играет роль рычага или раскалывающего клипа, воздействующего па поверхность трещины в области, ближней, к заряду, и тем самым увеличивает растягивающие напряжения в вершине тре-щины.
Этот эффект имеет большое значение для длинных трещин. Трещины прорастают значительно медленнее, чем мчится взрывная волна (4000 — 5000 м/с), которая отражается от поверхности в виде волны разрежения. Взаимодействие с отраженной волной разрежения придает радиальным трещинам большую скорость развития, которая близка к скорости распространения трещин, ориентированных параллельно фронту волны, т. е. развивающихся под углом 10—40° к свободной поперхности. Продвигаясь вперед, эти трещины ослабляют окружающий материал, вследствие чего снижается в дальнейшем скорость распространения радиальных трещин. В то же время самые длинные трещины от свободной поверхности могут достигать зарядной полости. Среда смещается к свободной поверхности и начинает прогибать ее вверх (рис. 4, б). Это прогибание, или вспучивание, поверх-
V
ности затрудняет рост тех радиальных трещин, которые растут перпендикулярно поверхности (сжимает их) и, наоборот, способствует росту трещин под углом к поверхности. Возникает и вторая система трещин — от свободной поверхности — к заряду, появление которых обусловлено растягивающими напряжениями изгиба (рис. 4, в). Наличие развитой сети произвольно ориентированных тре-щин увеличивает степень разрушения твердого массива.
94
Продукты детонации завершает процесс разрушения вы-бросом материала, в результате которого образуется выемка (рис. 4, г.)
Рассмотренная пами качественная сущность современ-пых взглядов па механизм разрушения горных пород взрывом сформировалась в течение последних четырех десятилетий. Длительное время до этого ученые и практики не выходили за пределы установления несложных объемных закономерностей (например, отношение объема взрываемого ВВ к объему воронки выброса).
|
разрушения. |
Истоки теории действия взрыва в горных породах восходят к 18 в., когда французский военный инженер де Вилль в 1628 г. предложил первую в истории взрыв-ного дела формулу, по которой величина заряда была равна к произведению линии наименьшего сопротивления на коэффициент, характеризующий свойства грунта,— так называемый коэффициент грунта. Формула была улучшена в том же веке знаменитым военным инженером маршалом Себастианом Пьер Вобаном (1633—1707). который полагал вес заряда пропорциональным объему конуса выброса. Спустя 22 года поело смерти Вобана вышла книга «Новая теория минного искусства, в которой впервые были сформулированы научные основы теории взрывного
КЧ1ПП1 — 1'еперал французской армии
Бернар Бслпдор (1608—1761) предположил, что в результате взрыва возникают три сферы: сжатия, разрушения п сотрясения. В 1725 г. Белпдор произвел 12 опытных взрывов в Ла-Фере (первый случай цедспапраолеппого промышленного эксперимента в этой области), которые под-тнердплн его теоретические предположения (1720—1724), что заряды горнов (С) пропорциональны кубам радиусов взрына (/г):
С = 0,529 № (уменьшенный горн); С =1,5 /?/ (нормальный горн); С— 16,77 /г3 (усиленный горн).
Формулы Белидора впоследствии уточнялись многими учеными, предлагались новые формулы для расчета веса заряда. Например, профессор Джон Мюллер исходил из предположения, что заряды пропорциональны разностям между вторыми и первыми степенями радиусов взрыва, а генерал Мареско полагал пропорциональность зарядов
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.