CC BY
17
УДК 625.1/.5 Тюпин Владимир Николаевич,
д. т. н., профессор кафедры «БЖД и ЗС» ЗабИЖТ, Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8-914-440-82-82, e-mail: tyupinvn@mail.ru
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАЗРУШАЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ ТОЧЕЧНОГО ВЗРЫВА НА СКАЛЬНЫЕ ОТКОСЫ ВЫЕМОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ
V. N. Tyupin
DETERMINATION OF THE PARAMETERS OF THE POINT EXPLOSION DESTRUCTIVE ACTION ON THE ROCKY SLOPES OF RAILROAD TRACK DITCH
Аннотация. Исследования параметров воздействия ударной воздушной волны (УВВ) и гидроударной волны (ГУВ), проведенные в ХХ веке, основаны главным образом на эмпирическом подходе, то есть обобщении многочисленных данных экспериментов. В настоящей статье на основе закона сохранения энергии решена теоретическая задача по действию взрывного устройства в воздушной или жидкой среде. Приведены теоретические и инженерные формулы расчета радиусов опасных зон и давления на фронте волны при взрыве ВУ в воздушном или водном полупространстве.
Проведенные теоретические исследования позволили на основе закона сохранения энергии впервые получить универсальные формулы для расчета безопасных расстояний и величин избыточного давления ударных волн при взрыве ВВ в воздушном или водном полупространстве. Доказана достоверность полученных формул при взрывании в воздухе и воде.
Теоретические формулы расчета могут быть использованы при взрывах в любых газообразных и жидких средах.
Ключевые слова: взрывные устройства, ударная воздушная волна, гидроударная волна, радиус опасной зоны, избыточное давление, террористические акты, теоретические и инженерные формулы расчета.
Abstrart. On the basis of energy conservation law for the first time the theoretical and engineering calculation formulas of dangerous zones radii and pressure on the front of a shock wave in air and water half-space in the explosion of explosive devices have been obtained. The reliability of the obtained formulas has been proved. Theoretical calculation formulas can be used in the explosions in any gaseous and liquid media.
Keywords: explosive devices, air shock wave, hydro-shock wave, the danger zone radius, overpressure, terrorist acts, theoretical and engineering calculation formulas.
Введение
В настоящее время в результате научно-технического прогресса созданы управляемые средства поражения - высокоточное оружие (ВТО) [1-5], действие которого основано на использовании конденсированных взрывчатых веществ (ВВ). Это ракеты, бомбы, снаряды, торпеды. Масса боевой части ВТО составляет от 30 до 900 кг (ВВ). Общая масса боеприпаса в 2-3 раза больше массы ВВ. Скорость движения управляемого боеприпаса составляет от 50 до 2000 м/с, точность поражения цели, то есть круговое вероятное отклонение боеприпаса, составляет от 0,5 м до 0,5 Яп (Яп - радиус зоны поражения цели) [2-4].
Железные дороги являются стратегически и экономически важными объектами любого государства. В случае проведения точечного взрыва наиболее уязвимыми элементами железных дорог будут: железнодорожные пути, мосты, устья тоннелей, а также откосы выемок железнодорожных путей.
Воздействие точечного взрыва на откосы железнодорожного пути
В настоящей статье рассмотрено воздействие точечного взрыва на откосы выемок железнодорожного пути с определением радиуса зоны трещинообразования и обрушения скального от-
коса выемки. Данные исследования позволяют определить затраты времени и средств на восстановление движения по железнодорожным путям.
Наиболее опасными участками железнодорожных путей являются участки с гористой местностью, которые характерны для ВосточноСибирской железной дороги. Формирование выемок под железнодорожные пути происходило с использованием буровзрывных работ, что существенно нарушало структуру скального массива в виде раскрытия естественных трещин на расстоянии 5-10 м от поверхности откоса выемки [6]. Сезонное промерзание и оттаивание воды в трещинах приводит к дальнейшему разупрочнению скального трещиноватого массива. Кинетическое воздействие и взрыв ВТО на поверхности откоса выемки с нарушенным массивом приведет к образованию в нем зоны раздавливания, зоны радиального трещинообразования и зоны сейсмических обрушений горных пород (рис. 1). Обрушение горных пород приводит к перекрытию железнодорожных путей. Для планирования сроков восстановительных работ на путях необходимо знать радиусы зоны трещинообразования и зоны обрушений, которые определяют вероятную длину зоны обрушений перекрытого горной массой пути.
Жк = 0,5шу 2
(2)
Энергия взрыва точечного заряда ВВ определяется по формуле:
Же = nQA. (3)
Энергия, затрачиваемая на упругопластиче-ские деформации скального трещиноватого массива, определена с использованием [7] и интегральной теоремы о среднем значении функции при деформировании скального массива в объеме, представляющем собой полусферу.
Е =
уп = Я
1 Я 1Г
К Г
К а2 (г)
2
2Е 3
Ф-пЯ3 ёЯ =
_а2 (г)
12 Е
ФпЯ3 . (4)
Подставляя (2)-(4) в (1), получим формулу для определения радиуса зоны деформирования трещиноватого массива взрывом точечного заряда ВВ в общем виде:
1
Я =
12Е
цОЛ + 0,5шу 2
(5)
пФа(г )
Радиус зоны радиального трещинообразова-ния (дробления) отдельностей массива определен из условия, что растягивающее напряжение в скальном массиве должно быть не менее предела прочности отдельностей на растяжение (вместо
о (г) в (5) подставляем а (1 — V)у 1), то есть:
я =
шр
Рис. 1. Характер воздействия точечного взрыва на скальный откос выемки железнодорожного пути: 1 - точечный взрыв, 2 - зона раздавливания, 3 - зона радиального трещинообразования, 4 - зона обрушений
Согласно исследованиям [6, 7], при взрыве точечного заряда ВВ в глубине или на поверхности трещиноватого массива, в нем распространяется волна деформаций, представляющая собой перемещение и дробление отдельностей массива. На определенном расстоянии от места взрыва волна деформаций трансформируется в сейсмическую волну.
Для определения радиуса зоны радиального трещинообразования и радиуса зоны обрушений составлено и решено энергетическое уравнение, согласно которому часть кинетической энергии боеприпаса и энергии взрыва ВВ расходуется на упругопластические деформации трещиноватого горного массива, то есть:
WK+Wв=Wyn. (1)
Кинетическая энергия средства поражения определяется по известной формуле:
12 Еу
2 цОЛ + 0,5шу2
пФа2 (1 — у)
(6)
Радиус зоны обрушения горных пород с поверхности откоса выемки определен с учетом допустимых предельных деформаций трещиноватого массива (вместо о(г) в (5) подставляем
еЕ(1 — У)уФ)) ), то есть
Яобр =
12ФУ
цОЛ + 0,5шу2 'Е (1 — у)2
пе
(7)
В формулах (6) и (7) буквенные обозначения отображают физико-технические свойства массива горных пород и физико-технические параметры боеприпаса.
Расчеты по (6) и (7) проведены при средних параметрах и предельной величине деформаций, гарантирующей обрушение пород, равной 0,0003 [8]. Это дает Ятр = 17,2 м, Яобр = 61,2 м. Характер разрушения скального трещиноватого массива представлен на рис. 1.
Численный анализ зависимости (7), определяющей объемы обрушений горной породы, показывает, что радиус обрушений существенно зависит от параметров трещиноватости горного массива и его физико-технических свойств. Наиболее существенно на параметры обрушения влияют динамические характеристики боеприпаса и детонационные свойства взрывчатого вещества.
Заключение
Теоретические исследования процесса воздействия точечного взрыва на скальные откосы выемок железнодорожного пути позволили разработать формулы для определения радиусов зон трещинообразования и обрушения горных пород.
0
3
1
3
1
3
