Лучко И.А., Ремез Н.С., Лучко А.И.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

Механическое действие взрывов зарядов новых смесевых ВВ в грунтах

В настоящее время в Украине интенсивно применяются новые промышленные смесевые взрывчатые вещества (ВВ) местного приготовления. Для разработки эффективных методик расчета параметров взрывных работ с применением этих ВВ необходимы точные знания о механизме их действия на грунты и горные породы.

В данной работе на основе численного моделирования волновых процессов в продуктах детонации и грунте проводится сравнение действия взрыва зарядов ВВ заводского и местного приготовления.

Полагается, что в грунтовом пространстве вдали от свободной поверхности расположен цилиндрический заряд ВВ бесконечной длины и радиусом , который детонирует мгновенно. По всему объему заряда устанавливается одинаковое давление и плотность продуктов детонации (ПД) равная начальной плотности ВВ. Движение ПД и грунта описываются законами сохранения импульса, массы и внутренней энергии, которые для случая осевой симметрии имеют вид [1]. Расширение продуктов детонации полагается происходящим по двучленной изоэнтропе [2]. Динамическое поведение грунта описывается в рамках модели твердой пористой многокомпонентной вязкопластической среды с переменным коэффициентом объемной вязкости [3]. Исследования проводились с глинистым грунтом [4]. Радиус цилиндрического заряда составлял 0.1 м. Исходные детонационные характеристики ВВ приведены в таблице.

Для аппроксимации исходной системы дифференциальных уравнений применялся метод конечных разностей с использованием конечно-разностной схемы типа «крест» второго порядка точности по пространственной и временной координатам. Условием устойчивости является условие типа Куранта.

Таблица

№ п/п	ВВ	Теплота взрыва, кДж/кг	, кг/м³	Скорость Детонации, м/с²	Давление, ГПа
1.	Граммонит 79/21	4312,4	950	3300	1,46
2.	Игданит	3809,9	850	2500	0,834
3.	Полимикс ГР4-Т10	3864,4	872	3150	1,234
4.	Полимикс ГР - 1/8 на по-ристой АС	3944,0	875	3600	1,587
5.	Полимикс ГР - 1/8(85%) КЖК2 (15%)	3604,0	1060	3900	2,085
6.	Полимикс ГР - 1/8 (74%) КЖК(26%)	3366,0	1250	4500	3,07
7.	Комполайт ГС 6	3977,0	1030	2400	0,95

На рис. 1, 2 представлены зависимости максимального давления от расстояния при взрывах зарядов различных ВВ в глине. Нумерация кривых соответствует нумерации в таблице. Из анализа рисунков следует, что максимум давления вблизи взрывной полости достигается при взрывах зарядов полимикса, содержащего ГР1/8 (74%), затем - полимикса, содержащего ГР1/8 (85%), полимикса ГР - 1/8 и граммонита 79/21, далее - полимикса ГР4 – Т10, комполайта ГС 6 и игданита. Такое распределение максимальных давлений в глине на границе с полостью полностью соответствует распределению давления в продуктах взрыва для этих ВВ. Для группы ВВ с высокими детонационными характеристиками (рис.1) для расстояний больших 20 радиусов заряда наибольшее давление достигается при взрывах полимикса ГР1/8 (74%), а наименьшее - для полимикса ГР - 1/8. И хотя последнее ВВ имеет большее начальное давление, чем у граммонита 79/21, но у граммонита большая плотность и теплота взрыва, что и ведет к перераспределению максимальных давлений с расстоянием. Для ВВ с меньшими детонационными характеристиками с увеличением расстояния от очага взрыва максимальное давление достигается при взрыве комполайта ГС 6, который хотя и уступает полимиксу ГР4 – Т10 по давлению, но имеет большую плотность и теплоту взрыва. Подобным образом изменяются и максимальные объемные деформации в зависимости от типа ВВ.

Интересно отметить, что на расстояниях больших 40 наибольшее давление и объемная деформация достигается при взрывах комполайта, который опережает такие «сильные» ВВ, как полимикс ГР1/8 (74%) и полимикс ГР1/8 (85%).

Рис. 1.

Рис. 2.

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы. Параметры ударных волн при взрывах зарядов новых смесевых взрывчатых веществ сравнимы с такими же параметрами от взрывов традиционных промышленных ВВ, а в средней и дальней зоне взрыва превосходят их.

Поэтому можно говорить об эффективности применения новых смесевых ВВ при уплотнении грунтов для различных нужд народного хозяйства. Полученные результаты могут быть использованы для расчета параметров взрывных работ по уплотнению грунтовых оснований удлиненными зарядами.

1. Механический эффект взрыва в грунтах / И.А. Лучко, В.А. Плаксий, Н.С. Ремез и др. – Киев: Наук.думка, 1989. - 232 с.

2. Ландау Л.Д., Станюкович К.П. Об изучении детонации конденсированных взрывчатых веществ // Докл. Академии наук СССР, 1945. - Т. 46. - № 9. - С. 112 - 117.

3. Ремез Н.С. Особливостi деформування твердого багатокомпонентного в’язкопластичного середовища зi змiнним коефiцiентом в’язкостi при динамiчних навантаженнях //Вiсник наукових праць НТУ України "Київський полiтехнiчний iнститут". Серія "Гiрництво": Збiрник наукових праць. - Київ, 2000. - Вип. 3. - С. 34 - 39.

4. Лучко І.А., Ремез Н.С., Лучко А.І. Хвильові процеси в грунтових масивах під час вибухів нових сумішевих вибухових речовинах //Вiсник наукових праць НТУ України "Київський полiтехнiчний iнститут". Серія "Гiрництво": Збiрник наукових праць. - Київ, 2006. - Вип. 14. - С. 24 - 30.