Спосіб визначення сейсмонебезпечних зон при вибуховому обвалюванні об’єктів з зосередженою масою

990/OSVV МШ -?P 42 Д 5/00; P 42 Д 3/06 ' Спосіб визначення сейсмонебезпечних зон при вибуховому обвалюванні об"ектІв з зосеред женою масою. Винахід відноситься до вибухової справи І може бути застосованим при обвалюванні підлеглих знесенню будов І промислових споруд. Відомий спосіб визначення сейсмонебезпечних зон при проведенні ліквідаційних вибухових робіт, включаючий розрахунок максимальної швидкості зміщення грунту по формулі г д* ті U - емпірично визначае-мий коефіцієнт к сейсмічності, б - маса еквівалентного заряду вибухової речовини; -Y1 ' відстань від місця обвалювання при еквівалентності енергії заряду І обвалювальної маси. / Цейтлін Я.І., Смолій М.І, "Сейсмічні І ударні повітряні хвилі промислових вибухів", М, Нодра, 1981, о.ІОІ-ІОЗА Недоліком відомого способу являється екстраполяція енергії ДЄШНЙ ЦІІ вибухової речовини в енергію удару при екстраполяції енергії детонації вибухової речовини в енергію удару при невизна ченості коефіцієнту JKJ 5 Що неминуче приводить до значної втрати розрахунку сейсмонебезпечних зон в реальних умовах. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним у якості про тотипа, являється спосіб визначення сейсмонебезпечних зон при ви - 2 буховому обвалюванні обмект1в з зосередженою масою, включаючий виз наченнфотенціальної енергії Е обвалювального об"екта в момент по переднги удару, визначення ЩІЛЬНОСТІ ,/ грунту, швидкості здук у С у грунті в околиці обвалювального об"екту, допустимої максимальної швидкості коливаньЦ грунту в зоні охороняемого об"екту І визначен ня на цій основі радіусу сейсмонебезпечних зон Із Sc де Е - потенціальна енергія обвалювального об"екту, Дж ; 9 ЩІ ЛЬ НІС ТЬ грунт у, к г/мЗ ; (2 - швидкість звук у в грунті, м/с ; Ц - допустима максимальна швидкість коливань грунту в ооні охороняємого обм екту, м/с ; § - проекція перетину обвалювального об"екту на поверхні грунту, / А.с. СГСР, В 1528072, Мкл . 4 Р 42 Д 5/00, 1988 / Недоліком відомого способу являється низька точність визначення області ударного ущільнення грунт у І, як наслідок, низька точ ність визначення радіусу сейсмонебезпечних зон, за межами яких га рантуеться збереження промислових І побутових будинків І споруд при вимушених коливаннях грунту Із-за відсутності обліку максимальних ЛІНІЙНИХ розмірів перетину обвалювальних об"ектІв паралельно І по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання, в зв"язку з чим упускається можливість обліку суттєвої особливості характеру поширення сигналу в області ударної хвилі. Відомим способом неможливо вирішувати поставлене завдання ви находом, так як при ударі жорсткого тіла об грунт область ударної хвилі в відомому способі в першому наближенні обмежується площиною — з — контакту 6 обвалювального объекту з поверхнею падіння в горизон тальному напрямку І утвореної внаслідок удару областю пробіга ~f' фронуу ударної хвилі в вертикальному напрямленні, тобто, об"ем об ласті ударної хвилі обмежується деякою призмою 5V Однак, в даному випадку характер поширення сигналу в області ударної хвилі являється Н А Д З В У К О В И М , тобто, область ударної хвилі обмежується характеристиками - прямими, які проходять через деякі максимально віддалені одна від одної точки межі площини контакту S обвалювального обпекту з грунтом І фронтом ударної хвилі, які являються вершинами характеристики (фіг.2), Тобто, при ударі масивного жорсткого тіла об грунт, область ударної хвилі нижче площини контакту обвалювального об"екту з грунтом в реальних умовах обмежена деякою конічною поверхнею з об"емом І/ З SV > п ри ць ом у £ 5 &.£)• Д О CLlb - мак сим альні від стані між межовими точками перетину обвалювального об"екту параде льно І по нормалі до поверхні грунту І нацравленшо обвалювання, а через межові точки перетину по ЛІНІЯМ (XI Ь необхідно проходять ха рактеристики області надзвукового характеру поширення сигналу в грунті. Таким чином, внаслідок недостатнього наближення в визначенні області ударної хвилі точність визначення сейсмонебезпечних зон знаходиться на низькому технічному рівні, так як Із тривіальної не рівності витікає 3 '-* ] а оскільки в розрахунковій формулі відомого способу площина контак ту і обвалювального об"екту з поверхнею грунту знаходиться в знаменнику, при використанні відомого способу одержують занижений результат, шо в реальних умовах може призвести до невиправданого - 4 оптимізму при проектуванні ліквідаційних вибухових робіт І наразити охороняемі будинки, споруда, наземні І підземні комунікації при використанні відомого способу руйнівним динамічним навантаженням за межою сейсмонебезпечних зон. Завданням винаходу являється розробка способу визначення сейсмонебезпечних зон при вибуховому завалюванні обм ект1в з зосеред женою масою, в якому шляхом урахування максимальних ЛІНІЙНИХ роз мірів перетину обвалювальних об"ектІв паралельно І по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання досягають підвищення точності визначення області ударного ущільнення грунту І радіусу сейсмонебезпечних зон за межами яких гарантується зберігання про шіслових І побутових будинків І споруд при змушених коливаннях грунту. Поставлене завдання вирішується тим, що в способі визначення сейсмонебезпечних зон при вибуховому завалюванні об"ектІв з зосе редженою масою» включаючому визначення потенціальної енергії Е обвалювального объекту в момент, попередній:: удару, визначення ml льності щр грунту, швидкості звуку С у грунту в околиці обвалюва льного об"екту, допустимої максимальної швидкості коливаньЦ грунту в зоні охорон яемого об"ект у І визначення на цій основі радіус у сейсмонебезпечних зон, відносно винаходу перед виробництвом вибу хових робіт вимірюють максимальні відстані & І Ь між граничними точками перетинів обвалювального об"екту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання І по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання, а радіус сейсмонебезпечної відстані виз начають Із вираз*} ' '- ' =А ^ . __£ ah ера / >д6 '" О "" - радіус сейсмонебезпечної відстані, м ; 2 - потенціальна енергія обварювального объекту, Дж ; Q^ - максимальна відстань між граничними точками перетину обва лювального об"екту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання, м ; О - максимальна відстань між граничними точками перетину обвалювального об"екту по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання, м ; С - швидкі сть зйсу у грунті , м/ с ; п - ті льні сть грунт у, к г/м 3 ; U^ - допустима максимальна швидкість коливань грунту в зоні охороняемого об"ект у, м/с . Сутт&вими ознаками заявляемого винаходу, являються : - визначення потенціальної енергії Е обвалювального об"екту в момент попередній 1 удару ; - визначення ЩІЛЬНО СТІ р грунту; - визначення швидкості авуку С у грунті в околиці обвалюваль -> ного об"екту; - визначення допустимої максимальної швидкості коливань It грунту у зоні охороняемого обе-кту; - визначення на цій основі радіусу сейсмонебезпечних зон ; - вимірювання перед виробництвом вибухових робіт максимальної відстані 0.1 6 між граничними точками перетинів обваллваль ного об"екту паралельно поверхні грунту І направленню обва лювання І по нормалі до поверхні грунту І направленню обва лювання; - визначення радіусу £ сейсмонебезпечної відстані Із - 6 p - раді ус сей смон ебезп ечн ої ві дстані, м ; f - потенціальна енергія обвалювального обм екту, Дж ; Сі - максимальна відстань між граничними точкєми перетину обвалювального об"екту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання, м ; О - максимальна відстань між граничними точками перетину обвалювального об"екту по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання, м ; £ - шви дкі сть з ц ук у у грунті , м/ с ; о р - ЩІЛЬНІСТЬ грунту, кг/м° ; і £2 - допустима максимальна швидкість коливань грунту в зоні охороняемого об"екту» м/с . Новими суттєвими ознаками заявляемого винаходу, являються : - вимірювання перед виробництвом вибухових робіт максимальної відстані d І £)МІЖ граничними точками перетинів обвалювального объекту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання І по нормалі до поверхні грунту І направленню обвалювання ; - визначення радіусу £ сейснонебезпечнах відстані Із виро ЗУ :-• К - радіус сейсмонебезпечної відстані, м ; Ь - потенціальна енергія обвалювального об"екту, Дж ; CL - максимальна відстань між граничними точками перетину обва лювального об"акту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання, м ; - максимальна відстань між граничними точками перетину обва лювального об иекту по нормалі до поверхні грунту І нацравленню обвалювання, м ; - 7 С - шви дкість з вук у у грунті, м/ с ; О ЩІЛ Ь НІС ТЬ грунту, кг/м 3 ; U - допустима максимальна швидкість коливань грунту в зоні охороняемого об"екту, м/с . Указані с уттє ві ознаки необхідні І дост атні у всі х випа дка х визначення сейсмонебезпечних зон при вибуховому обвалюванні об'єктів з зосередженою масою. Внаслідок того, що перед виробництвом вибухових робіт вимі рюють максимальну відстань CL між граничними точками перетину обвалювального об"екту паралельно поверхні грунту І направленню обвалювання, стає можливим Інтерполяція ЛІНІЙНОГО розміру площини майбутнього контакту обвалювального об"екту з грунтом у одному Із перпендикулярних направлень з мінімізацією реальної площини кон такту обвалювального об"єкту з грунтом при збереженні просторового положення твірної характеристичного конусу у максимальному ПЕ реткні в направленні нормалі до поверхні грунту, що дає можливість підвищити точність визначення області ударного ущільнення грунту, І радіусу сейсмонебезпечних зон за межами яких гарантується збе рігання промислових І побутових будинків І споруд при змушених коливаннях грунту. Внаслідок того, шо перед виробництвом вибухових робіт вимі рюють максимальну відстань О між граничними перетину обвалюва льного об"екту по нормалі до поверхні грунтуї направленню обва лювання, стає можливим Інтерполяція ЛІНІЙНОГО розміру площини майбутнього контакту обвалювального об"екту з грунтом в Іншому перпендикулярному направленні з мінімізацією реальної площини контакту обвалювального об"екту з грунтом при збереженні просторового положення твірної характеристичного конусу у максимальному перетині в направленні нормалі до поверхні грунту, що дає можливість - 8 підвищити точність визначення області ударного ущільнення грунту І радіусу сейсмонебезпечних зон за межами яких гарантується зберігання промислових І побутових будинків І споруд при змушених коливаннях грунту. Таким чином» у результаті указаних дій стає можливим визначення з достатньої) для практиби точністю площини ударного кон такту обвалювального об"екту Із грунтом І ущільненою внаслідок удару маси грунту, взаємодіючої у процесі удару з масою обвалю вального об"ек!іу, шо суттєво підвищує точність ділення сейсмонебезпечних зон. При вибуховому обвалюванні великогабаритних обм ект£в вони розділяються на дві групи з різною методикою визначення сейсмо небезпечних зон. Первісна група, це обпекти з зосередженою масою - башти багатокутнього перетину різного промислового призначення, залишки стін багатоповерхових будинків І споруд І так далі. Повер хня таких об"ектІв, як правило, обмежена площинами багатокутнього пє реткну, а маса досягає багатьо х тисяч т он. Друга група - це достатньо протяжні у просторі об"екти з розосередженою масою, бокова поверхня яких, як правило, обмежена поверхнями другого порядку. До таких об'єктів належать, в основному промислові труби різного призначення з висотою десятків метрів. Маса таких об п ект1в складав багато сотень тон (в винят кових випадках досягаються тисячі тон). При вибуховому обвалюванні об"ект!в з зосередженою масой ударний контакт масивного тіла з грунтом,робиться по деякій ба ~ гатокутній нлоскім поверхні - проекції перетину тіла в направ ленні удару (фіг.І) . Внаслідок миттєвого передавання кінетичної енергії обвалювального обп екту дружньому середовищу, у грунті ; - 9 - • г} являється ударна хвиля - конічна поверхня , з вершиною на фрон -* і ті хвилі, утворюючи конусу збурення являються надзвуковими харак теристиками » які необхідно проходять через максимально віддалені , одна від Іншої точки поверхні ударного контакту з грунтом , оскільки у процесі удару характеристики ВІДДІЛЯЮТЬ збурену зону ^область ударної хвилі) від незбуреної С фіг . 2,3). При ударі масивного тіла об грунт на поверхні грунту з явля -І сться область ущільнення. 5 первісному наближенні, у з'вязку з дост атн ьо вел икою ен ерг ією уд ару, г рун т Щ ІЛ ЬНО СТ І О ущ іль нює ть ся до деякої постійної величини О * при цьему пока зник1 ущіль нення вимірюється відноснею величиною » £ =r t - J- = 't tI) В першому наближенні ебдаст » ущільнення циліндрична » етже, якщо S - площина контакту ебвалюаальнеге об'єкту з грунтом » по закону збереження маси,едержуемо де S^ -S ^O O - щ ін ни й фр онт о бл ае ті ущ іл ьн ен ня на п ов ер хн і грун ту, 5И ш S H CO - м ежа зм інно ї о бла сті ущ іль нен ня Із сто рони збуреної маси , межі області ущільнення у плані являються подібними геометричними фігурами відновно центру тяжіння площини момент t • 0 являється початком передав ання кінетичної ен ергії обвалювального об*окту грунту » д-t- тривалість удару (.чає ходу ударної маси по нормалі до поверхні грунту за рахунок необоротного ущільнення в області ударної хвилі )» Так як фігур и S I S b под ібні, а відношен ня подіб них пло-щин пропорціональні квадрату радіуса - вектора довільного напрев - 1 0 - лен ня , Із ( 1 ) 1 ( 2 )одер ж уєм о: —^ -£)«з с3) де Н С-Ь - радіус - вектор довільного направлення з ) початком у центрі тяжіння площини контакту ударної маси грунтом І кінцем на внутрішній межі області ущільнення грунту ; йС-fc) - радіус - вектор довільного направлення з початком у центрі тяжіння площини контакту ударної маси з грунтом І кінцем на ЗОВНІ ШНІЙ межі ущ ільнення грунту; ' ^$ - рад іус - в ект ор дов іль ног о н апр авл енн я з поч атк ом у центрі тяжіння площини контакту ударної маси з грунтом І кінцем на II ме жі, ал е при ц ьом у нап рав ле ння h(h), ЯГ (4 0 т а > ts співпадають. ' - - Оскільки ( І -£)>c s . const дифіренцюючи ( 3 ), одержуємо отже * И о = Єо ^ ^ де,'*- с в - швидкість грунту в області контакту на початку удару, точк а у ви раз ах h » h o • а так ож п ізн іш е у ви раз ах Ус о к : УС (Л) в из на чає дифер енцію в а ння ВІДП ОВІДН ИХ ЛІНІЙНИХ в еличин по часу* З ві дс и, у з в' яз к у з н е пе ре рв ні с тю ф у н к ці ї ш в и д к ос ті, од ер Т С4) де Г - ві дс та нь до слі д н ої то ч к и ві д ц е нт ру тя жі н ня п ло д и к и пов ерхні спі в ударя ння » П рактично мож на рахувати, щ о дослідна точка з находиться на ві дста ні 1° ві д обв алю в аль но го об' єкт у» з - II На практиці необхідно мати оцінку сейсмічного ефекту , тобто, величину, яка не перевищує деяку верхню межу , Із закону збереження енергії максимальна швидкість ходу поверхні грунту рівна / {5) де УС о - ви сота цент ру тяжінн я обвалв вального об'єкту на мо мент обвалювання ; (fr - прискорення оихи тяжіння . Таким чином , згідно t 4 ) І С 5 ) робоча формула прийме облік --- ґ L \ ; * Ч Г Л С б ) де г\г*ьуя ^ 14 ^,J - глибина виїмки внаслідок удару масивного тіла об грунт* Зневажаючи величинами вищого порядку малості , маса грунту в області ударної хвилі в будь - який момент рівна С фіг . 2,3 } ^ де S eic ^ площина уписаного еліпса в площину реального контакту обвалюаального об'здкту з грунтом , яри цьому еквівалентна площина тобто, рівна площині реального контакту обвалювального об'єкту з грунтом, якщо зневажити площиною вищого порядку малості , Kb h Із С 7 ) одержуємо: И = £>С/ або» в диферекційній формі ^8^ - 12 Оскільки удар духе короткочасний » можна вважати, що в будьякий момент часу О< t ^ **• справедливи й закон збереження КІЛЬК ОСТІ рух у при вепр ужно му уд арі С Ю ) ді к - маса обвалювального об'єкту . Із С 10 ), згідно С 7 ) І Со в момент попе редній удару, де М - ма-са обвалювального об'&кту, Н - висота центру тяжіння обвалю вального об^е-кту до моменту обвалювання, тяжіння.