Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Природознавство arrow Прогнозування сейсмостійкості споруд під час вибухів циліндричних зарядів
< Попередня   ЗМІСТ

Методика прогнозування сейсмостійкості поверхневих будівель під час проведення вибухових робіт

Під розрахунком сейсмічно безпечних параметрів вибухових робіт ми приймаємо розрахунок таких параметрів вибухових робіт, які забезпечать сейсмічну безпеку об'єктів (споруд, будівель), що охороняються, тобто знаходяться неподалік від місця проведення вибухових робіт та необхідне якісне подрібнення гірської маси. Таким чином, маємо справу з необхідністю розрахунку сейсмічної стійкості об'єкту, що охороняється, під час промислового вибуху. Слід відмітити, що теорія сейсмічної стійкості об'єктів, що охороняються, широко розвинута для оцінки природного впливу землетрусів. Цим же пояснюється і наявність ряду прикладних програм для розрахунку об'єктів на сейсмічні навантаження (від землетрусів), таких як ABAQUS, STARK ES, MIDAS/CIVIL, StructureCAD (SCAD), Micro FE, ЛИРА та ін. Розрахунок на сейсмічні (динамічні) навантаження в цих програмах реалізується на основі методу кінцевих елементів та спектрального методу теорії сейсмостійкості.

Однак такий розвиток теорії сейсмостійкості не вирішує питання розрахунку сейсмічної безпеки об'єктів під час промислових вибухів через суттєві відмінності сейсмічних навантажень, що генеруються під час землетрусів та промислових вибухів. По-перше, це імовірнісна поява сейсмічних навантажень викликаних землетрусами. Крім того, дослідники відзначають відмінності частотних діапазонів сейсмічних навантажень під час землетрусів та промислових вибухів. По-друге, досліджень щодо сейсмостійкості об'єктів, що охороняються під час промислових вибухів набагато менше, ніж від дії землетрусів. По-третє, наше завдання стоїть ширше, ніж визначення сейсмічної безпеки об'єкту під час вибуху. Для нас актуальна варіація параметрів вибухових робіт, при яких досягається сейсмічна безпека та виконується промислове призначення вибухових робіт. Це призвело до необхідності розробки пакету прикладних програм для оперативного розрахунку сейсмічно безпечних параметрів вибухових робіт.

На базі алгоритмів розрахунків проведених у попередніх розділах була розроблена методика визначення сейсмічно безпечних параметрів вибухових робіт, що базується на математичному моделюванні закономірностей поширення СВХ у ґрунтовому масиві та їх взаємодії зі спорудою. На основі розробленої методики був реалізований пакет прикладних програм на мові програмування DELPHI для оперативного розрахунку сейсмічно безпечних параметрів вибухових робіт, який пропонує для цього вирішення трьох взаємозв'язаних і послідовних задач.

Задача 1. Розрахунок параметрів СВХ під час вибуху циліндричного заряду в ґрунтовому масиві або гірській породі.

Задача 2. Розрахунок параметрів СВХ під час вибуху групи циліндричних зарядів за умови миттєвого підривання чи КУП.

Задача 3. Розрахунок амплітудно-частотної взаємодії основи об'єкту, що охороняється та падаючої СВХ.

Вибір задачі можна здійснити в головному вікні програми, зображеному на рис. 7.1, або просто слідувати послідовності задач.

На першому етапі чисельно вирішується задача про вибух одного циліндричного заряду ВР у ґрунтовому масиві, що вибухає миттєво на певній відстані від вільної поверхні. Рух ґрунту і ПД в рамках механіки суцільного середовища.

У залежності від того, в яких породах відбувається вибух, здійснюється вибір рівняння стану середовища. Для гірських порід співвідношення між напруженнями і деформаціями записуються на основі диференціальної теорії пластичності. Величини компонентів тензора деформації представляються у вигляді суми пружних і пластичних деформацій. Зв'язок між напруженнями і пружними деформаціями встановлюється відповідно формулам узагальненого закону Гука для ізотропного матеріалу. У випадку пластичних деформацій співвідношення між відповідними деформаціями і напруженнями записуються з використанням енергетичної умови міцності.

Головне вікно робочої програми.

Рис. 7.1. Головне вікно робочої програми.

Для м'яких порід та ґрунтів, середовище моделюється твердим пористим трьохкомпонентним в'язкопластичним середовищем. Система рівнянь доповнюється відповідними початковими та граничними умовами.

Вибір моделі середовища здійснюється у вікні вводу даних задачі про вибуху одного циліндричного заряду в грунтовому масиві, що зображене на рис. 7.2 і з'являється при натисканні клавіші "Задача №1" у головному меню програми або за допомогою випадаючого меню головного вікна Меню -> Задача №1.

Розв'язання задачі проводиться методом скінчених різниць у Лагранжевій системі координат з сіткою, що автоматично розширювалась з псевдов'язкістю та кінцево-різницевою схемою типу "хрест", з умовою стійкості типу Куранта.

Вікно введення даних для задачі про вибух одного циліндричного заряду в грунтовому масиві.

Рис. 7.2. Вікно введення даних для задачі про вибух одного циліндричного заряду в грунтовому масиві.

Таким чином, вхідними даними на даному етапі є значення фізико- механічних характеристик гірської породи в місці проведення вибуху, детонаційні характеристики ВР та параметри конструкції зарядів.

У результаті чисельного експерименту отримуємо масив основних параметрів СВХ (напружень, швидкостей, часу приходу хвилі, приходу максимального імпульсу та тривалості) в залежності від часу та відносної відстані. У програмній реалізації, на даному етапі розрахунків, ці результати у вигляді масивів даних записуються в окремі файли і обробляються методом найменших квадратів для аналітичних залежностей виду . Тобто, розраховуються відповідні коефіцієнти К і М для всіх згаданих основних параметрів СВХ, які є початковими даними для розрахунку суперпозиції хвиль при різних умовах вибуху, що є другою задачею.

На другому етапі під час вирішення задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві проводяться чисельні розрахунки полів напружень

та швидкостей для групового вибуху в залежності від умов підривання: глибини залягання, кількості зарядів, відстані між ними, наявності або відсутності умови КУП. Результуючі параметри СВХ для різних точок масиву розраховуються за схемою описаною в підрозділі 5.4.

На даному етапі вхідними параметрами є кількість зарядів, відстань між ними, відстань до вільної поверхні, час уповільнення вибуху. Передбачена можливість однакового часу уповільнення для всіх зарядів або введення часу уповільнення окремо для кожного заряду. Також задається момент часу для якого розраховуються поля напружень та швидкостей і розміри сітки (м), що покриває область для якої проводиться розрахунок. Вікно вводу даних для задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві зображене на рис. 7.3. На рис. 7.4 приведено вікно виведення результатів для цієї ж задачі. Результати розрахунку виводяться окремим вікном з чотирма вкладками – по дві для іксових та ігрикових проекцій напружень та швидкостей. Також виводяться максимальні значення всіх розрахованих величин у верхній частині вікна. Поля величин автоматично зображуються у вигляді різнокольорових областей обмежених ізолініями, їх колір та кількість можна задати в головному вікні, у вкладці меню "Конфігурація". Передбачена можливість зміни кількості областей та значень ізоліній, що їх обмежують, у правій частині вікна виводу результатів другої задачі.

На основі проведених розрахунків, на відстані віддалення об'єкту від епіцентру вибуху визначають максимальне значення швидкості (горизонтальної проекції), що досягається в даній точці масиву за час проходження і затухання хвилі.

Вікно введення даних задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві.

Рис. 7.3. Вікно введення даних задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві.

Результати розрахунків параметрів сейсмовибухової хвилі під час вибуху групи шшндрічних зарядів за умови миттєвого чи короткоуповільненого підривання.

Вікно результатів задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві.

Рис. 7.4. Вікно результатів задачі про вибух групи циліндричних зарядів у ґрунтовому масиві.

Це значення використовується в наступній третій задачі про взаємодію СВХ з прямокутною основою поверхневого об'єкту, для того, щоб описати падаючу сейсмічну хвилю у вигляді формули (5.22).

Розрахунок амплітудно-частотної взаємодії основи об'єкту, що охороняється та падаючої сейсмічної хвилі, що становить рішення задачі про взаємодію сейсмічної хвилі з основою об'єкту, що охороняється базується на моделі, описаній у розділі 5. Розглядається рух жорсткого однорідного тіла прямокутної форми, що знаходиться в безмежному пружному середовищі, під дією падаючої сейсмічної хвилі. Початок декартової системи координат суміщається з центром мас тіла, направляючи осі розташовані вздовж сторін прямокутника. Задача обмежується розглядом лише поступального руху тіла.

Рух жорсткого прямокутного тіла описується зміщенням центру мас.

Рух середовища описується динамічним рівнянням Ляме. Падаюча сейсмічна хвиля задається згаданим чином. Частотні характеристики розраховуються на основі нормативної методики (ДСТУ 4704:2009 Проведення промислових вибухів. Норми сейсмічної безпеки).

Для чисельного вирішення отриманого звичайного диференційного рівняння зі змінними коефіцієнтами, що описує поступальний рух тіла застосовується метод Рунге-Кутта 4-го порядку точності.

Таким чином, вхідними параметрами на даному етапі розрахунку є: лінійні розміри об'єкту, інерційні характеристики у вигляді маси одиничної товщини, характеристики Грунтового середовища, а саме швидкості повздовжніх та поперечних хвиль, кут падіння хвилі по відношенню до об'єкта, відстань об'єкта до місця вибуху та інші параметри, що вводились на радніших етапах розрахунку.

Результатами розрахунку є графічні залежності зміщення та швидкості коливань основи об'єкту, що охороняється від часу. На результуючих графіках визначаються максимальні амплітуди швидкостей коливання основи об'єкту і порівнюються з приведеними в вікні програми допустимим нормативними значеннями швидкостей коливань ґрунту в основі об'єктів, що охороняються.

Вікна введення даних та виводу результатів задачі про взаємодію сейсмічної хвилі з основою об'єкту, що охороняється, зображене на рис. 7.5.

У залежності від величини допустимої швидкості коливань визначеної нормативами для даного об'єкту, що охороняється, на основі отриманих результатів можна дати рекомендації про збільшення або зменшення масштабу вибуху і повторити розрахунок сейсмічної стійкості об'єкту для нових параметрів вибухових робіт. При цьому можна варіювати параметрами заряду, типом ВР, умовами підривання. Це вимагає перерахунку лише задачі про вибух групи циліндричних зарядів та задачі про сейсмічну взаємодію хвилі з основою об'єкту.

Алгоритм розрахунку сейсмічно безпечних параметрів вибуху повторюється до тих пір, доки не будуть досягнуті оптимальні параметри ведення вибухових робіт.

Слід відмітити, що розроблена в роботі методика чисельного експерименту по встановленню сейсмічно безпечних параметрів вибухових робіт поблизу об'єктів, що охороняються має ряд переваг у порівнянні з натурним експериментом. По-перше, вона є менш ресурсномісткою та дешевша за вартісною.

По-друге, вона дозволяє отримати результати для різних початкових умов досить оперативно. До недоліків роботи слідує віднести необхідність підтвердження результатів теоретичними даними експериментальних досліджень.

Загальний алгоритм методики приведений у Додатку 1, де зображена блок- схема послідовності розрахунків.

Вікно введення даних (а) та виводу (б) результатів задачі про взаємодію СВХ з основою об'єкту, що охороняється.

Рис. 7.5. Вікно введення даних (а) та виводу (б) результатів задачі про взаємодію СВХ з основою об'єкту, що охороняється.

Із проведених досліджень випливають такі висновки:

1. Розроблено методику прогнозування сейсмостійкості об'єктів, що охороняються під час вибухів групи циліндричних зарядів, які на основі вихідних параметрів вибухових робіт, ґрунтових умов і характеристик об'єкту дозволяють розрахувати сейсмічне навантаження на об'єкт і в разі перевищення допустимих норм скорегувати параметри вибуху

2. Розроблено алгоритм та комп'ютерну програму розрахунку взаємодії ґрунтової основи зі спорудою під дією СВХ вибуху групи циліндричних зарядів з урахуванням детонаційних властивостей ВР, фізико-механічних характеристик ґрунтів та умов підривання, що дозволяє розрахувати амплітудно-частотні характеристики об'єкту, що охороняється.

Запровадження результатів досліджень в технологічний процес кар'єру ПрАТ "Товкачівський ГЗК" відбулось за рахунок підвищення еколого- економічних чинників і отримано економічний ефект при річній продуктивності кар'єру 500 000 м3 у розмірі 261 тис. грн.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси