6.4. Дія вибуху в грунтах

Енергію вибуху широко використовують при веде­нні гірських і ґрунтових робіт, пов'язаних з будівництвом інженерних споруд, зрошувальних і меліоративних каналів, при проходці підземних розробок, зведенні насипів, гребель і дамб. Проте для досягнення максимального ефекту необхідне глибоке вивчення дії вибухових речовин (ВР) на ґрунти як особливості динамічного процесу.

Найбільш простий з погляду теорії випадок дії сферичного заряду в необмеженому однорідному просторі. При вибуху ВР на середовище діє високий тиск, який створює сферичну ударну хвилю. За фронтом хвилі відбувається стиснення середовища, зухвалий зсув частинок по радіальних напрямах. По за­конам механіків суцільного середовища стиснення у радіальному напрямі супро­воджується розширенням у тангенціа­льному напрямі, внаслідок чого з'являються радіальні тріщини. Падіння тиску після вибуху викликає хвилю розрідження (вслід за ударною хвилею), яка обумовлює системи кільцевих (танген­ціальних) тріщин.

Руйнування середовища і подальший викид гірських порід відбуваються не у момент проходження ударної хвилі, а дещо пізніше, коли зсуви частинок досягають граничної величини, при якій сплошність середовища порушується.

У практиці вибухової справи застосовують як окремі заряди, так і складні системи; при цьому дія вибуху може бути спрямована або на переміщення породи (скидання або викид ґрунту), або на створення тріщини, ізолюючої масив породи від подальших вибухів (метод контурного вибуху).

Фізична картина дії систем зарядів складна; на ефективність вибуху впливає безліч чинників. З практики відомо, що якщо помістити заряд в деякій порожнині (особливо наповнені водою), то його руйнівна дія збільшиться. Збільшуючи радіус сферичної порожнини, можна дещо розширити зону руйнуючої дії вибуху. Вибухи використовують також у свердловинах для ущільнення ґрунтів і для утворення камуфлетних розширень у паль і стовбчастих фундаментів. Заслуговують уваги розробки методів визначення діаметру ка­муфлетних розширень, що базуються на закономірностях механіків ґрунтів.

Вибух на скидання характеризується утворенням вибухової воронки, до якої зверху примикає консоль породи, зсуваюча під дією сили тяжіння. Воронка викиду характеризується показником викиду. Використовуючи рельєф і розташовуючи відповідним чином заряди, можна здійснити спрямований вибух, у результаті якого величезні маси породи будуть укладені у потрібному місці (мал. 6.2).

Рис. 6.2. Схема вибуху у підґрунті схилу: R - радіус воронки; w - глиби­на закладення заряду.

У числі найбільш прогресив­них технологій виробництва буро-вибухових робіт, особливо в гідротехнічному будівництві, слід зазначити контурний вибух методом попереднього щілеутворення. Основна задача контурного вибуху - не допустити поруше­ння масиву породи, що залишається, яке характеризується звичайно розкриттям тріщин, вивалами і нерідко втратою стійкості бортів вироблення. Єство методу полягає у розташуванні шпурів або свердловин по проектному контуру вироблення і вибуху зарядів спеціальної конструкції до вибуху основних зарядів, призначених для переміщення частини гірського масиву, що видаляється. Основні передумови розрахунків методу попереднього тріщиноутворення наступні. Утворення оконтурюючої щілини відбувається при зустрічі вибухових хвиль від сусідніх зарядів, які супроводяться виникненням тангенціальних розтягуючих напруг. При вибуху контурних зарядів відбувається геометри­чне підсумовування розтягуючих напруг, які будуть спрямовані перпендикулярно площині зарядів. Якщо сусідні заряди розташовані достатньо близько, то величина розтягуючої напруги виявиться більше тимчасового опору породи на розтягування. Тому густина зарядів і частота шпурів є найважливішими параметрами методу попереднього щілеутворення. Густину зарядів визначають з умови запобігання роздрібнення породи і тріщиноутворення поблизу свердловини, тобто величина тиску вибухової хвилі не повинна перевищувати опір породи стисненню.