Взрывная волна

ВЗРЫВНАЯ ВОЛНА (а. blast wave, blast air, explosive wave; н. Explosionswelle; ф. onde explosive; и. onda explosiva) — процесс кратковременного нарушения равновесного состояния среды (газообразной, жидкой или твёрдой), распространяющийся из взрывного источника; частный случай ударной волны. Под действием давления газообразных продуктов детонации частицы среды вовлекаются в движение, направленное наружу от взрывного источника, и этот процесс передаётся от одних частиц к другим — по среде распространяется взрывной волной. При её прохождении частицы среды испытывают деформации сжатия и сдвига. Вблизи от взрывного источника эти изменения наибольшие и они порождают значительное повышение температуры и давления (если окружающей средой является газ), давления (жидкость), механических напряжений (твёрдый материал — грунты, горные породы и др.). В последнем случае частицы среды подвергаются механическому разрушению и большим необратимым деформациям.

По мере передачи энергии расширяющимися продуктами детонации окружающей среде давление в источнике взрыва падает, переданная среде энергия частично переносится взрывной волной и частично поглощается средой из-за протекающих в ней необратимых процессов, тогда как сама взрывная волна при удалении от источника охватывает всё большие объёмы среды, а её интенсивность уменьшается. Эффективная ширина (в направлении распространения волны) области, охваченной существенными возмущениями, конечна, т.е. на любом расстоянии от источника в момент прихода фронта волны частицы среды приходят в движение, которое после прохождения взрывной волны ослабляется.

Характер возмущений во взрывной волне существенно различается для случаев газообразной, жидкой и твёрдой сред, в которых она распространяется. В газообразной и жидкой средах передний фронт взрывной волны представляет собой весьма узкую зону, в которой параметры движения изменяются от исходных значений, соответствующих невозмущённому состоянию среды, весьма резко, практически скачкообразно. В твёрдой среде скачкообразный передний фронт у взрывной волны существует лишь на небольших расстояниях от взрывного источника; за пределами этой области вокруг источника параметры движения во взрывной волне изменяются плавно. В газообразной и жидкой средах наблюдается лишь уменьшение характерных значений параметров во взрывной волне. На ещё больших расстояниях прохождение взрывной волны не вызывает хрупкого разрушения частиц среды, и волна вырождается в упругую. Если среда не обладает хрупкостью (мягкие грунты, пластические металлы и др.), то вблизи от источника прохождение взрывной волны сопровождается упругопластическими деформациями частиц среды, а вне этой зоны волна также вырождается в упругую.

В качестве параметров, характеризующих взрывную волну в однородной и неограниченной среде, рассматривают скорости частиц, давления, механические напряжения, температуры и т.п. в зависимости от времени; максимального значения импульса, энергии и другие интегральные характеристики волн для фиксированного расстояния от источника, а также время прихода фронта волны.

Если среда, в которой произведён взрыв, неоднородна, то процесс формирования и распространения взрывной волны существенно осложняется. Для количественного описания этого процесса в каждом конкретном случае необходимо специальное исследование. Однако можно сделать некоторые общие заключения о характере влияния неоднородности на этот процесс. При наличии в среде слоя с пониженными значениями скорости распространения возмущений взрывной волны трансформируется так, что её энергия передаётся частицам слоя; в результате возмущение распространяется по нему с меньшим затуханием, чем это было бы в однородном слое, т.е. слой играет роль волновода. В случае неоднородности наблюдается рефракция лучей взрывной волны — их отклонение в сторону области с пониженными значениями скорости распространения возмущений. При наличии поверхностей скачкообразного изменения механических свойств среды на этих поверхностях будет происходить преломление и отражение взрывной волны. Количественное описание этих явлений существенно зависит от свойств среды и имеет важное значение для решения прикладных задач. В частности, процесс отражения взрывной волны в горных породах и грунтах от открытой поверхности массива играет существенную роль в дроблении и смещении отбиваемой от массива части породы, а также в разрушении и выбросе грунта при взрыве на выброс. Для определения параметров взрывной волны на относительно больших расстояниях от источника при наличии открытой поверхности, где взрывную волну можно рассматривать как "сейсмическую", существуют эмпирические зависимости.