Спосіб визначення сейсмобезпечних зон при вибуховому обвалюванні об’єктів з розосередженою масою

Способ определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой, включающий определение высоты центра тяжести Н и массы M обрушаемого объекта до момента обрушения, определение допустимой скорости колебаний u в зоне охраняемого объекта, плотности r грунта, скорости звука с в грунте, и определение на этой основе радиуса сейсмоопасных зон, отличающийся тем, что в окрестности центра тяжести обрушаемого объекта измеряют его диаметр D в направлении нормали к оси рассредоточения массы перед производством взрывных работ, а радиус сейсмоопасного расстояния определяет из выражения Изобретение относится к взрывному делу и может быть использовано при обрушении промышленных вытяжных труб и других подлежащих сносу объектов, высота которых по оси рассредоточения массы много больше основания. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой, в котором максимальная скорость колебаний поверхности грунта u вычисляется по формуле: h u = max 2gH0 , (1) r где hmax - максимальная глубина необратимой деформации грунта в области контакта; H0 - высота центра тяжести обрушаемого объекта до момента обрушения; g - ускорение силы тяжести; r - расстояние исследуемой точки до центра тяжести поверхности соударения. Движение ударной волны в грунте в процессе удара за время (2) 0 £ t £ Dt описывается системой уравнений ìo ïh[M + r*S(H - h)] = m 2gH0 ï íh = eH ïe = 1 - r ï r* î R= g M2 3 2 2 u rc D 2H , g где (11) o h - скорость тыла ударной волны; h - тыл ударной волны; Н - фронт ударной волны; S - площадь контакта массы и поверхности грунта; М - масса обрушаемого объекта; r - плотность грунта; r* - плотность грунта и области ударной волны, ограниченной площадью контакта обрушаемого объекта с поверхностью падения в горизонтальном направлении и образующейся в результате удара областью пробега ударной волны в вертикальном направлении. Граничное условие дифференциального уравнения (3) в момент вырождения ударной волны в звуковую UA где (19) (3) 28340 (13) A R - сейсмоопасное расстояние, м; g - ускорение силы тяжести, м/с2; u - допустимая скорость колебаний в зоне охраняемого объекта, м/с; М - масса обрушаемого объекта, кг; r - плотность грунта, кг/м3; с - скорость звука в грунте, м/с; Н - высота центра тяжести обрушаемого объекта, м; D - диаметр обрушаемого объекта в окрестности центра тяжести в направлении нормали к оси рассредоточения массы, м. 28340 1 SH( t ) , 0 £ t £ Dt , 2 то, учитывая, что в расчетной формуле (4) известного способа площадь контакта S ударной массы с грунтом находится в знаменателе, при использовании известного способа определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой получают недостаточно точный для практики (заниженный) результат: - площадь контакта ударной массы с грунтом S постоянна и принимается равной проекции сечения обрушаемого объекта в направлении обрушения, что выполняется только в случае сосредоточенных масс, поверхность которых ограничена плоскостями. В реальных условиях обрушения поверхность рассредоточенных масс ограничивается поверхностями с некоторым радиусом кривизны (в первом приближении - поверхностями второго порядка). Как следствие, в реальных условиях площадь контакта ударной массы с грунтом не является постоянной S = S[h( t )] ¹ const и существенно меньше площади проекции сечения обрушаемого объекта в направлении обрушения при завершении ударного уплотнения грунта S[h( Dt )] S[h( Dt )] , 2 а в расчетной формуле (4) известного способа площадь контакта S ударной массы с грунтом находится в знаменателе, при использовании известного способа определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой получают существенно заниженный результат, то есть, при использовании известного способа невозможно определить с достаточной для практики точностью область ударного уплотнения грунта и радиус сейсмоопасных зон. Задачей изобретения является разработка способа определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой, в котором достигают повышения точности определения области ударного уплотнения грунта и радиуса сейсмоопасных зон, за пределами которых гарантируется сохранность промышленных и бытовых зданий и сооружений при вынужденных колебаниях грунта путем учета сверхзвукового характера распространения сигнала в области ударной волны при ударе рассредоточенной массы о поверхность грунта и изменения величины площади контакта рассредоточенной массы с грунтом в процессе удара. Поставленная задача решается тем, что в способе определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой, включающим определение высоты центра тяжести Н и массы М обрушаемого объекта до момента обрушения, определение допустимой скорости колебаний u в зоне охраняемого объекта, плотности r грунта, скорости звука с в грунте и определение на этой основе радиуса o SH( t ) > H( Dt ) = c , где с - скорость звука в грунте. В известном решении, включающем расчет кинетической энергии Е=М gH в момент, предшествующий удару, определение плотности r грунта, скорости звука с в грунте, допустимой скорости колебаний u грунта в зоне охраняемого объекта, радиус сейсмоопасных зон определяется из выражения E R= 4 (4) rcSu где S - проекция сечения обрушаемого объекта в направлении обрушения (А.с. СССР, № 1528072, М кл4 F42D5/00, 1988. Для служебного пользования). Недостатком известного способа является низкая точность определения области ударной волны при ударе рассредоточенной массы о поверхность грунта в связи с отсутствием учета сверхзвукового характера распространения сигнала и статичностью площади контакта ударной массы с грунтом в процессе удара, следствием чего является недостаточная (заниженная) точность определения сейсмоопасных зон, за пределами которых гарантируется сохранность промышленных и бытовых зданий и сооружений при вынужденных колебаниях грунта, что в реальных условиях может привести к неоправданному оптимизму при проектировании ликвидационных взрывных работ и подвергнуть охраняемые здания, сооружения и наземные и подземные коммуникации разрушительным динамическим нагрузкам за пределами сейсмоопасных зон при использовании известного способа. Причинами, препятствующими получению технического результата предлагаемого изобретения прототипом, является: - учет взаимодействия массы обрушаемого объекта и переменной массы грунта в дозвуковой (завышенной) области ударной волны, ограниченной площадью контакта S обрушаемого объекта с поверхностью падения в горизонтальном направлении и образующейся в результате удара областью пробега ударной волны Н(t) в вертикальном направлении. В этом случае область уплотнения грунта в процессе удара в первом приближении ограничивается динамическим параллелепипедом SH(t). Однако, в рассматриваемом случае в процессе удара характер распространения сигнала в грунте является сверхзвуковым, то есть, область ударной волны (ударного уплотнения грунта) в более достаточном для практики приближении ограничивается площадью контакта S обрушаемого объекта с поверхностью падения в горизонтальном направлении и сверхзвуковыми характеристиками, проходящими через граничные площади контакта ударной массы с грунтом и вершиной ударной волны, то есть, динамической призмой ½SН(t) (смотри фиг.). Следовательно, точность определения области ударного уплотнения грунта в известном способе является неудовлетворительной, а так как 2 28340 g - ускорение силы тяжести, м/с2; u - допустимая скорость колебаний в зоне охраняемого объекта, м/с; М - масса обрушаемого объекта, кг; r - плотность грунта, м/с; Н - высота центра тяжести обрушаемого объекта, м; D - диаметр обрушаемого объекта в окрестности центра тяжести в направлении нормали к оси рассредоточения массы, м. Указанные существенные признаки необходимы и достаточны во всех случаях определения сейсмоопасных зон при взрывном обрушении объектов с рассредоточенной массой. Благодаря тому, что в окрестности центра тяжести обрушаемого объекта измеряют диаметр D этого объекта в направлении нормали к оси рассредоточения масс перед производством взрывных работ, становится возможным определение переменной площади будущего контакта обрушаемой рассредоточенной массы с грунтом в любой момент времени в процессе удара (2): 0 £ t £ Dt , где Dt - длительность удара. На фигуре представлено сечение обрушаемого объекта с рассредоточенной массой в окрестности его центра тяжести в направлении нормали D к оси рассредоточения массы, где R = - радиус 2 данного сечения. В момент удара рассредоточенной массы о грунт, ось рассредоточения массы становится параллельной поверхности грунта и в процессе удара обрушенная масса, уплотняя грунт, движется вниз, при этом глубина выемки в грунте h в любой момент времени в процессе удара равна h(t) (смотри фиг.). Из прямоугольных треугольников сечения обрушаемого объекта в окрестности его центра тяжести в направлении нормали к оси рассредоточения массы со сторонними х(t), h(t), l(t) и х(t), R-h(t), R, получаем систему ìh2 + x 2 = l2 ï . (5) í 2 ïx + (R - h)2 = R2 î На практике максимальное ударное углубление грунта h(Dt)