Процесс разрушения грунтовых массивов

К грунтовым массивам относят пески, глины, суглинки, супеси и другие подобные породы.

Рассмотрение процесса разрушения массива, состоящего из крупных зерен песка, представляет интерес потому, что многие закономерности, полученные из наблюдений, могут быть перенесены на другие несвязные грунты (глины, суглинки, супеси), а также на скальные породы, если последние сильнотрещиноваты и состоят из мелких более или менее одинаковых по размеру кусков.

При взрыве вокруг заряда образуется расширяющаяся шаровая полость, заполненная газами взрыва, которая при приближении к открытой поверхности приобретает асимметричную грушевидную форму с большой осью, направленной по ЛНС заряда (рис.4.8).

Рис. 4.8. Последовательность разрушения взрывом грунтового массива.

I - VII фазы движения грунта

В начальной стадии разрушение грунтовых массивов происходит под действием ударной волны. Энергия ударной волны передается равномерно во все стороны. В результате песчаный массив уплотняется и вокруг зарядной камеры образуется полость в виде правильной сферы радиусом, достигающим 10Ro, что в несколько раз превышает радиус полости в твердых породах: Время, необходимое для образования полости, составляет в песчаном массиве 200 мс на 1 м радиуса заряда, что в несколько десятков раз больше, чем в твердых породах. Это время соответствует длительности фазы сжатия ударной волны. Время же, необходимое для пробега волны до обнаженной поверхности, в несколько раз меньше длительности фазы сжатия. Например, при ЛНС, равной 50 R₀, и при R₀= 0,053 м длительность фазы сжатия составляет 60 мс, авремя пробега волны до обнаженной поверхности всего 2-3 мс. В результате отраженная волна накладывается на прямую волну. Происходит интерференция волн, и скорость смещения полости по ЛНС увеличивается. Таким образом, симметрия полости нарушается сразу же после отражения волны от обнаженной поверхности, и полость начинает вытягиваться в направлении Л НС. (см. рис. 4.8, фаза III); форма полости приближается к эллиптической, большая ось которой совпадает с Л НС.

В дальнейшем порода разрушается под действием расширяющихся газов.

Различная сопротивляемость перемещению участков массива приводит к тому, что верхняя часть оболочки продолжает перемещаться с большей скоростью, тогда как ее нижняя часть, обладая большей массой и будучи связана с массивом, перемещается с меньшей скоростью, поэтому она быстро теряет свой начальный запас кинетической энергии. В нижней части полости расширение быстро прекращается, в то время как размеры верхней части по­лости увеличиваются, уменьшая толщину слоя грунта, поднимаемого над полостью. При дальнейшем расширении полости оболочка прорывается в верхней части. Дальнейшее движение происходит за счет баллистического полета отдельных частиц с достижением эффекта "открывания ворот". Масса оболочки, израсходовав весь свой запас кинетической энергии, опускается под тяжестью собственного веса, образуя открытую взрывную воронку. Так как основная масса грунта была сосредоточена в нижней части оболочки, то после ее опускания у краев воронки образуется высокий гребень. В этот момент воронка имеет наибольший объем. Порода, опустившаяся на края воронки, начинает сползать в нее до образования угла естественного откоса. Это приводит к уменьшению первоначальной глубины воронки, к некоторому увеличению ее диаметра и в целом к уменьшению ее объема. Уменьшается и перво­начальная высота гребня воронки.

Таким образом, разрушение грунтовых массивов происходит за счет запаса кинетической энергии, приобретенной средой при расширении продуктов взрыва. Разрушение под действием волн напряжений в массиве незначительны. Однако направленное действие грунтового массива по ЛНС обусловлено действием падающей и отраженной волн.