Взрывные деформации

ВЗРЫВНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ (а. blast deformation; н. deformierende Sprengauswirkung, Schießdeformationen; ф. deformations de tir; и. deformaciones de explosion) — изменение относительного положения частиц различных твёрдых тел, связанное с перемещением этих частиц под действием взрыва. К простейшим видам деформации относят растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. В реальных случаях может наблюдаться несколько видов деформации одновременно.

Взрывные деформации большинства горных пород относятся к упругим, исчезающим после прекращения действия взрывной волны, или к взрывной деформации, сопровождающейся возникновением в среде новых поверхностей раздела (разрывным). Пластические деформации (не исчезающие после снятия нагрузки) горных пород незначительны, и при расчёте действия взрыва их обычно не учитывают. Взрывные деформации грунтов даже при небольших нагрузках являются пластическими. Изучение физической природы возникновения деформаций относится к физике твёрдого тела. Упругие и пластические деформации рассматриваются в теории упругости и пластичности. Наиболее законченной теорией, объясняющей механизм пластических деформаций, является теория дислокаций.

Действие взрыва, вызывающее взрывные деформации, проявляется в виде распространения волн напряжения или в виде квазистатического воздействия газообразных продуктов детонации. Волны напряжения вызывают в ближней к заряду взрывчатого вещества зоне взрывной деформации, сопровождающиеся дроблением породы, в дальней зоне волны напряжения преобразуются в сейсмические волны (продольные, поперечные, поверхностные), вызывающие только упругие смещения. Эти упругие смещения, однако, могут служить причиной разрушения подземных горных выработок или инженерных сооружений на поверхности массива. Взрывные деформации наиболее опасны, когда частота сейсмических колебаний совпадает с собственной частотой колебаний инженерного сооружения.

Взрывные деформации горных пород и грунтов сопровождаются некоторым увеличением температуры, обусловленным диссипативными потерями энергии распространяющихся волн. Взрывные деформации в некоторой точке массива увеличиваются по мере увеличения массы одновременно взрываемого заряда и уменьшаются по мере увеличения расстояния до заряда. Взрывные деформации горных пород или грунтов определяют, измеряя смещения элементов массива или напряжения, вызывающие эти деформации. Такие измерения выполняют, например, тензодатчиками (электрическое сопротивление датчика изменяется в зависимости от величины его деформации), пьезодатчиками (под воздействием напряжения в датчике вырабатывается эдс), электромагнитными или сейсмическими датчиками (связанная с корпусом датчика электрическая катушка смещается относительно свободно подвешенного магнита), конденсаторными датчиками (свободная поверхность массива, покрытая проводящим слоем, служащая одной обкладкой конденсатора, смещается относительно второй свободно подвешенной обкладки) и т.д. Датчики располагают непосредственно в массиве (тензодатчики, электромагнитные датчики), на поверхности массива (сейсмодатчики, конденсаторные датчики) или в среде с известными свойствами (например, вода), граничащей с массивом (пьезодатчики).

Для предотвращения повреждения инженерных сооружений на поверхности массива, а также подземных горных выработок при взрывной деформации наиболее часто используют метод экранирования. Действие экрана сказывается в области, соизмеряемой с размером экрана. Экраном между зарядом взрывчатого вещества и защищаемым сооружением, препятствующим передаче взрывной деформации, служит узкая воздушная щель, созданная на пути движения волны напряжения механическим способом или взрывом ряда небольших вертикальных зарядов. Экраном может служить также порода на границе намеченной выработки, раздробленная взрывом контурных зарядов. Если заряды взрывчатого вещества взрывают в воде, то в качестве экрана иногда используют завесу из пузырьков воздуха, созданную на пути распространения ударной волны. Для уменьшения взрывной деформации при взрывной отбойке горных пород применяют короткозамедленное взрывание.