1

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Шайдецька Любов Валентинівна

УДК 624.1 + 622.235

ФОРМУВАННЯ ВЕРТИКАЛЬНИХ ГЕОТЕХНІЧНИХ СПОРУД

ВИБУХОМ У ГРУНТОВОМУ МАСИВІ ПЕРІОДИЧНОЇ СТРУКТУРИ

Спеціальність 05.15.09 – геотехнічна і гірнича механіка

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2015

2

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі геобудівництва та гірничих технологій

Національного технічного університету України «Київський політехнічний

інститут» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Кравець Віктор Георгійович,

Національний технічний університет

України «Київський політехнічний

інститут», завідувач кафедрою

геобудівництва та гірничих технологій

Офіційні опоненти: член – кореспондент НАН України,

доктор технічних наук, професор

Трофимчук Олександр Миколайович,

Інститут телекомунікацій і глобального

інформаційного простору НАН України,

заступник директора з наукової роботи.

кандидат технічних наук, доцент

Хоменчук Олег Володимирович,

Житомирський державний технологічний

університет, доцент кафедри розробки

родовищ корисних копалин ім. проф.

Бакка М.Т.

Захист відбудеться 29.04.2015 року о 12.00 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д26.002.22 у Національному технічному

університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою:

03056, м. Київ-56, вул. Борщагівська, 115, ауд. 701.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного

технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за

адресою: 03056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “28” березня 2015 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

канд. техн. наук, доцент В.В. Вапнічна

3

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інтенсифікація будівництва в сучасному місті

значною мірою вирішуються забудовою підземного простору, що не

потребує використання поверхневих територій.

Будівництво підземних споруд пов’язане із змінами існуючого

напружено-деформованого стану ґрунтів, при яких можуть виникнути

безповоротні порушення в масиві. В зв’язку з цим особливої уваги

заслуговує подальше удосконалення проектування та будівництва

заглиблених споруд та підземних частин будівель, які мають значний вплив

в загальному об’ємі будівельних робіт.

Більшість заглиблених об’єктів споруджуються у відкритих

котлованах навіть в місцях щільної міської забудови. В таких умовах часто

застосовують опускні колодязі та спосіб „стіна в грунті”. При способі „стіна

в грунті” підземні опірні стіни споруджуються в траншеях під глинястою

суспензією, яка заповнює їх під час спорудження та попереджає обрушення

стінок траншеї. Але навіть при перевагах методу „стіна в грунті” над іншими

методами заглиблення в грунт споруд він має свої недоліки. Щоб покращити

технологію будівництва методом „стіна в ґрунті” і зменшити час

спорудження, потрібно запропонувати такі методи робіт, які б не мали

обмежень по довжині траншеї і в яких можна сумістити вже відомі методи –

швидке утворення траншеї потрібної ширини за допомогою енергії вибуху

та розміщення в утвореній траншеї збірних панелей або заповнення їх

бетонним розчином.

Погіршення гідрогеологічних умов та підвищене техногенне

навантаження на території міської забудови припускають необхідність

спеціальних способів закріплення ґрунтових основ. В зв’язку з цим

особливої уваги заслуговує подальше удосконалення проектування та

будівництва будівель та споруд в ґрунтах із складними інженерно-

геологічними умовами, яке передбачає надання таким ґрунтам достатньої

несучої спроможності шляхом їх армування та підсилення несучої

спроможності, збільшення надійності експлуатації будівель і споруд в

умовах оточуючих слабких ґрунтових масивів періодичної структури при

формуванні стінок глибоких траншей, підвищення стійкості відкосів і

зсувних схилів з залученням закріплюючих розчинів оброблених енергією

вибуху, що в сучасних умовах геотехнічного підземного будівництва є

актуальною науково-практичною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дисертаційну роботу виконано на кафедрі геобудівництва і гірничих

технологій Національного технічного університету України «Київський

політехнічний інститут» відповідно до плану наукових досліджень кафедри і

є складовою частиною НДР: «Створення і впровадження енергозберігаючих

вибухових технологій і засобів ощадливого керованого розшарування

породних масивів» (№ ДР 0210U007786); «Створення енергоощадних

4

сейсмобезпечних вибухових технологій для видобутку корисних копалин на

кар’єрах» (№ ДР 0111U000620), в яких автор брав участь як виконавець.

Мета та задачі дослідження.

Метою роботи є розробка комбінованого методу формування глибоких

траншей в нестійких масивах періодичної структури з забезпеченням

стійкості захисних підземних споруд та високої швидкості будівництва.

Вказана мета досягається вирішенням наступних задач:

обґрунтування закономірностей утворення вибухової порожнини в

присутності осесиметрично розташованих шарів структурно нестійкого

ґрунтового масиву з використанням направлено діючої системи подовжених

зарядів, оточених кольматуючим розчином;

встановлення механізму розвитку неруйнуючих полів напружень від

вибуху подовженого заряду в трикомпонентному багатошаровому

середовищі поблизу жорстких конструкцій підземної споруди;

вибір швидкотвердіючого кольматуючого розчину для змішування з

оточуючим зарядну виробку ґрунтом під дією інтенсивного вибухового

імпульсу, тимчасового утримання стінки утвореної виробки від сповзання та

заповнення вибухової порожнини з поверхні в часі її розширення;

Об’єктом дослідження є процеси формування полів напружень та

розвитку деформаційних явищ при вибуху в ґрунтовому масиві із слабкими

структурними зв’язками.

Предметом дослідження є наукові засади комбінованої технології

влаштування вертикальної захисної геотехнічної споруди типу «стіна в

грунті» з залученням енергії вибуху системи подовжених зарядів в

присутності розчину кольматуючого матеріалу та нестійкого структурно

неоднорідного ґрунтового масиву в умовах його контакту з жорсткою

перепоною.

Методи дослідження. При вирішенні поставлених в роботі завдань

використано наступні методи досліджень: метод наукового аналізу та

узагальнення відомих результатів теоретичних досліджень і практичного

досвіду при розробці наукових основ комбінованого методу формування

стійкої глибокої траншеї в слабкому оточуючому ґрунтовому масиві, метод

математичного та фізичного моделювання критичного напружено-

деформованого стану при вибуху в структурованому ґрунтовому масиві;

техніко-економічного аналізу при встановленні раціональних параметрів

комбінованої технології; математичної статистики при обробці матеріалів

досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступних

наукових положеннях, в яких вперше:

теоретично підтверджено механізм пульсуючої дії вибухового

імпульсу при вибуху в структурно неоднорідному ґрунтовому середовищі та

встановлено явище збільшення його тривалості з віддаленням від заряду, що

сприяє більш повній передачі енергії вибуху середовищу; відповідно при

зростанні радіуса тампонажної свердловини rc від 1 до 10…12 радіусів

5

заряду значення залишкової деформації на діаграмі стиснення досягає

максимуму, а максимальний відносний радіус вибухової порожнини зростає

з 3…4 до 7…8 радіусів заряду;

встановлено закономірності взаємодії вибухового імпульсу в

двошаровому середовищі з жорсткою перепоною, що дозволяють узгодити

параметри хвилі тиску в ґрунті з міцнісними параметрами жорсткої

перепони з урахуванням типу і параметрів заряду ВР, фізико – механічних

параметрів ґрунтового середовища та геометрії споруди, величина

максимального тиску в падаючій хвилі при вибуху на відстані 40rЗ від

жорсткої перепони не перевищує 10 МПа, що задовольняє умові збереження

цілісності залізобетонних конструкцій поблизу вогнища вибуху;

обґрунтовано закономірності зміни механічних характеристик зразків

тампонуючих матеріалів (цементних, цементно-вапняних і цементно-

глинистих сумішей) для заповнення зарядної свердловини і подальшого їх

змішування в динамічному режимі з оточуючим ґрунтом, що дозволило

оцінити початковий етап тужавіння оброблених та необроблених зразків

вибухом, при цьому оброблені зразки набувають міцності значно швидше

необроблених із збільшенням міцності при одноосному стисканні на

0,6…2 МПа; процес схоплювання зразків після динамічної обробки

вибуховим імпульсом пришвидшується, що сприяє влаштуванню в

сформованій вибухом глибокій траншеї споруди типу «стіна в ґрунті».

Практичне значення одержаних результатів полягає в наступному:

- обґрунтовано комбіновану технологію з залученням вибухового

способу підвищення несучої здатності прилеглого ґрунтового масиву та

забезпечення тимчасової стійкості глибоких вертикальних траншей;

- встановлено раціональні параметри вибухових робіт виходячи із

стандартної товщини залізобетонних плит (800мм) та їх міцнісних

характеристик;

- розроблено методику розрахунку параметрів комбінованої технології

зведення захисної вертикальної споруди в структурно нестійких та важко

розроблюваних ґрунтових масивах періодичної структури.

Використання розроблених в дисертаційній роботі методичних та

інструктивних матеріалів в діяльності проектних закладів геобудівельного

профілю та відповідних промислових організацій дозволить істотно

покращити якісні та кількісні показники підземного будівництва в складних

умовах, припустимих за вимогами промислової сейсмобезпеки, а також

прискорити виконання робіт та знизити їх собівартість. Основні положення

дисертаційної роботи використано в організації навчального процесу при

складанні робочих та навчальних програм відповідних дисциплін для

спеціалістів та магістрів гірничо-будівельної спеціальності, що навчаються

за напрямком «Гірництво».

Особистий внесок здобувача. Основні результати та положення

дисертаційної роботи, які виносяться на захист, отримані автором

самостійно.

6

У наукових працях, опублікованих у співавторстві, здобувачеві

належать: [1] - виконання частини експериментальних досліджень,

визначення параметрів довжини лінійного заряду; [2, 3] - наукове

обґрунтування формування порожнини у слабозв’язаних ґрунтах, розглянуто

фрагментарно динаміку утворення суцільної порожнини між пробуреними

свердловинами, в яких розміщені заряди; [4] - виконання теоретичних

досліджень по методам армування ґрунту, визначення зміни несучої

здатності ґрунтових масивів після армування; [5] - аналіз впливу вибухової

енергії на зону армування ґрунтів; [7] - виконання частини

експериментальних досліджень, встановлено залежність міцності розчинів в

часі; [13, 18] - проведення теоретичних досліджень про розвиток технології

будівництва геотехнічних споруд, визначення впливу гірничодобувних робіт

на природне середовище; [16] - виконання розрахунків та співставлення

практичних методів визначення кінцевих деформацій основ фундаментів

геотехнічних споруд; [17] - виконання експериментальних досліджень,

аналіз результатів; [19,20] - виконання частини експериментальних

досліджень з формування порожнин в ґрунтовому масиві з використанням

енергії вибуху, встановлення параметрів динамічно ущільнених зон.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні положення

дисертації доповідались на міжнародних, відомчих і вузівських науково-

технічних конференціях: Міжнародній науково-практичній конференції

студентів, магістрів та аспірантів «Перспективи розвитку будівельних

технологій» (м. Тула, Росія, 2010 р.); Міжнародних наукових конференціях

студентів, магістрів та аспірантів “Сучасні проблеми екології та

геотехнологій” (м. Житомир, Україна, 2010, 2011, 2012 рр.); Міжнародній

науково-технічній конференції “Будівництво шахт та підземних споруд” (м.

Донецьк, Україна, 2011 р.); Міжнародних науково-технічних конференціях

студентів, аспірантів і молодих вчених «Перспективи розвитку будівельних

технологій» (м. Дніпропетровськ, Україна, 2012, 2013 рр.); X міжнародній

науково-технічній конференції (м. Кременчук - м. Кошице, Україна-

Словаччина, 2014 р.); Міжнародній науково-технічній конференції

«Енергетика. Екологія. Людина» (м. Київ, Україна, 2013, 2014 рр.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи автором досліджень

опубліковано 22 публікації, у тому числі 9 у наукових фахових виданнях, з

яких 1 стаття у науковому журналі, що входять до науковометричної бази

даних РІНЦ, бази даних «Наукова періодика України», Google Scholar, 13 – у

збірниках матеріалів національних і міжнародних конференцій.

Структура і обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з

вступу, п’яти розділів, висновків, додатків, списку використаних

літературних джерел, який містить 104 найменувань. Основний текст

викладено на 125 сторінках друкованого тексту, містить 35 рисунка, 5

таблиць.

7

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дисертації,

зазначено зв'язок роботи з науковими програмами, темами і планами,

сформульовано мету, завдання, об'єкт і предмет досліджень, наведено

методи проведення досліджень, показано наукову новизну і практичне

значення отриманих в дисертації результатів, вказано особистий внесок

здобувача, наведено дані про впровадження результатів роботи, їх

апробацію та публікації.

У першому розділі проаналізовано розвиток досліджень з динаміки

ґрунтів, особливості застосування енергії вибуху в інтересах геотехнічного

будівництва України, розглянуто напрямки та способи формування

інженерних властивостей ґрунтів при застосуванні вибухових технологій,

включаючи підвищення стійкості ґрунтових масивів, які вміщують підземні

об’єкти або слугують матеріалом для їх спорудження, в тому числі при

будівництві способом «стіна в ґрунті». Однією зі складових його частин є

впровадження нових способів формування порожнин для спорудження в них

конструкцій підземних об’єктів.

Представлено аналіз джерел, що висвітлюють практику застосування

динамічних методів обробки ґрунтових масивів з метою переміщення,

укріплення ґрунтових масивів, формування в ґрунтах за допомогою енергії

вибуху порожнин при спорудженні підземних геотехнічних об’єктів різного

призначення.

Фундаментальні положення науки динаміки ґрунтів заклали в своїх

працях А. Ю. Ішлінський, Н.В. Зволінський, Х.А.Рахматулін, Є.І.Шемякін,

С.С.Григорян, В.М.Родіонов, В.В.Адушкін, Г.М.Ляхов, та ін.. Подальшому

розвиткові теоретичних та прикладних основ геодинаміки вибуху

присвятили дослідження О.О. Вовк, В.Г.Кравець, І.А. Лучко, В.В. Бойко,

А.М. Самедов, О.М. Трофимчук, Н.С. Ремез, П.З. Луговий, В.Ф. Мейш, Н.В.

Зуєвська, А.М. Рижов, І.М. Літвінов, А.Г. Смірнов, А.В. Михалюк та ін..

В розвиток теорії твердіння в’яжучих речовин значний вклад зробили

видатні вчені Г. Ле-Шательє, В. Міхаеліс, А.А. Байков, А.М. Самедов,

Ю.М. Баженов, М.Д. Плєхов, Г.Я. Слободяник, Б.В. Стефанов, Г.В.

Нєсвєтаєв та ін., якими проаналізовано властивості цементного каменя та

виявлено сутність процесу твердіння мінеральних в’яжучих речовин.

Виконаний аналіз джерел свідчить про різносторонню увагу науковців

до розвитку теоретичних та прикладних основ формування геотехнічних

характеристик масивів, складених ґрунтами із слабкими структурними

зв’язками, підвищення їх несучої здатності в складних умовах експлуатації.

На основі проведеного аналізу сучасного стану розглянутих аспектів

науково-прикладного завдання сформульовано вищевказані мета і задачі

досліджень.

У другому розділі розглянуто закономірності утворення подовженої

вибухової порожнини в присутності концентрично розташованих шарів

8

структурно нестійкого ґрунтового масиву з використанням направлено

діючої системи зарядів, оточених кольматуючим розчином.

Рух продуктів детонації (ПД), тампонажного матеріалу (ТМ) і ґрунту

описується законами збереження імпульсу, маси і внутрішньої енергії.

Початковими умовами задачі є 𝑈 = 0, 𝑃 = 𝑃𝑛 , 𝜌 = 𝜌𝑛 при 0 ≤ 𝑟 ≤ 𝑟0, 𝑈 = 0, 𝑃 = 0, 𝜌 = 𝜌1 при 𝑟0 < 𝑟 ≤ 𝑟𝑛 , 𝑈 = 0, 𝑃 = 𝜎𝑟 = 0, при 𝑟 > 𝑟𝑛 ,

де 𝑟𝑛 – координата радіуса порожнини, 𝜌 – поточна щільність, 𝑈 –

швидкість, 𝑃 – середній гідростатичний тиск, 𝑟 – циліндрична координата;

Граничними умовами задачі є

1) «непротікання», тобто на осі заряду швидкість 𝑈 = 0;

2) нерозривність напруження 𝜎𝑟 і швидкості 𝑈 на рухомих

контактах «ПД - ТМ» та «ТМ – грунт».

Технологічне рішення полягає в підриванні заряду 1 в свердловині,

заповненій кольматуючим матеріалом 2, внаслідок чого формується

вертикальна порожнина 3 за присутності над свердловиною ємності з

важким заповнювачем 4 (рис. 1).

Грунт і тампонажний матеріал моделюється твердим пористим

багатокомпонентним середовищем, в якому 𝛼𝑖 – вміст кожного компоненту

в долях одиниці. Рівняння розвантаження твердого та рідкого компонентів

матеріалу збігаються з рівняннями їх навантажування.

Розвантаження середовища наступає при досягненні деформацією

значення

𝜀1𝑚 =1

𝛼1 𝜀 − 𝛼𝑖𝜀𝑖

3𝑖=2 =

1

𝛼1 𝑉

𝑉0− 𝐵𝑖 𝐴𝑖 𝑃 − 𝑃0 + 1 𝛾𝑖

− 1+𝛾𝑠 3𝑖=2 𝑃 = 0 (1)

де 𝐴, 𝐵, 𝛾 – константи, 𝑃 – середній гідростатичний тиск, 𝑃0 − атмосферний

тиск, 𝛾𝑠 - показник ступеня статичного і динамічного стиснення, 𝑉, 𝑉0 -

відносний поточний і початковий питомі об’єми,

Тоді тиск при досягненні об’ємною деформацією максимального

значення в порожнистому просторі становить

𝑃𝑚 = 𝑃0 + 1 + 𝜀1𝑚 −𝛾𝑠 − 1 . (2)

Для розрахунку розглядався вибух заряду амоніту №6ЖВ в

суглинистому ґрунті з різним складом компонентів – мінеральної речовини,

води і повітря.

При постійних масі заряду CП = 1,0 кг/м і радіусі заряду 𝑟0 = 0,02 м

варіювався радіус свердловини з тампонажним матеріалом межах

𝑟п = 0,05; 0,075; 0,1; 0,2 м. Згідно з розрахунками час розширення вибухової

1

2 3

4

Рис.1. Схема розрахунку: 1 – заряд,

2 – тампонуючий розчин, 3 – вибухова

порожнина, 4 – ємкість з заповнювачем

9

порожнини до максимуму для розглянутих варіантів діаметра свердловини

складає 15, 17, 20 і 26 мс відповідно.

На рис. 2 наведено характер розвитку середнього гідростатичного тиску

в часі під дією хвилі напружень на межі з продуктами детонації при різних

діаметрах тампонажної свердловини з розчином. Для кожної залежності

спостерігається наявність повторних максимумів тиску. Перший максимум

відповідає приходу ударної хвилі в дану точку масиву. Другий пов'язаний з

тим, що хвиля, відбиваючись від більш щільного ґрунтового середовища,

створює новий пік тиску. Далі ця хвиля відбивається від осі симетрії заряду

і, переходячи в ґрунтовий масив, викликає третій максимум тиску.

Рис. 2. Залежність тиску від часу при підриванні циліндричного заряду

в суглинку на межі з продуктами детонації: 1, 2, 3, 4 - радіуси тампонажної

свердловини відповідно 0,05; 0,075, 0,1 і 0,2м

Аналіз отриманих даних свідчить, що збільшення вдвічі радіуса

тампонажної свердловини веде до зростання радіуса вибухової порожнини

на 29%; максимальний тиск на межі «ПД – середовище» досягається при

радіусі зарядної свердловини, рівному 0,05 м, мінімальний – при радіусі

0,2 м, але перший і наступні імпульси тиску при вибуху в тампонажній

свердловині радіусом 0,2 м мають значно більшу протяжність в часі, що

сприяє більш повній передачі енергії середовищу і тягне за собою

збільшення часу розвитку і розмірів газової порожнини; зі збільшенням

радіусу зарядної свердловини значно збільшується величина максимальної і

залишкової об’ємної деформації середовища (рис. 3).

При масі подовженого заряду СП = 1,0 кг/м з радіусом 𝑟з = 0,02м

відносний радіус вибухової порожнини склав 𝑟П/𝑟з = 7,7, що відповідає

розрахунковому радіусу 𝑟П = 0,15м, який узгоджується з розміром збірних

панелей для влаштування вертикальної захисної споруди.

Явище коливання газової порожнини, пов’язане з відбиттям хвиль від

межі поділу середовищ і на осі циліндричного заряду, призводить до

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 4 8 12 16𝑡, мс

𝑃, ГПа

1

2

3 4

10

підсилення процесу розширення газової порожнини. Отже, зі збільшенням

діаметра зарядної свердловини з розчином зростає відносний радіус

вибухової порожнини (рис. 4), досягаючи максимуму при rc = 0,2м.

Отримані результати розрахунків дозволяють обрати потрібні

параметри при проектуванні вибухових робіт для реалізації комбінованої

технології.

Третій розділ присвячено дослідженню полів напружень від дії

вибуху подовженого заряду в деформівному середовищі періодичної

структури, яке включає шар тампонуючого розчину навколо подовженого

заряду, ґрунтовий масив, що вміщує тампонуючу свердловину з зарядом та

жорстку перепону, як конструктивний елемент геотехнічної споруди, яка

підлягає захисту від дії інтенсивних напружень, генерованих при

спорудженні ділянки вертикальної щілини вибухом системи лінійних

зарядів.

В технологічному плані вирішення цієї задачі потрібно в разі

необхідності заміни в певних складних ґрунтових умовах ділянки з

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

2,4

0 0,08 0,16 0,24

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 0,1 0,2 0,3

𝑟п𝑟з

rc, , м

𝜀

𝑃, ГПа

4 3

1

2

Рис. 3. Діаграми стиснення

середовища на межі з порожниною:

1, 2, 3, 4 – радіуси свердловини

відповідно 0,05; 0,075 і 0,1; 0,2 м

Рис. 4. Залежність між

максимальним радіусом

вибухової порожнини і

радіусом зарядної свердловини

з розчином

11

традиційних панельних конструктивних елементів залізобетонної

вертикальної стіни на конструкцію, яку можна швидко і легко без залучення

важких механізмів спорудити вибуховим способом шляхом підривання

системи подовжених зарядів в присутності тампонуючого розчину.

Метою дослідження є визначення припустимої величини подовженого

заряду виходячи з кількох умов - збереження цілісності матеріалу перепони,

представленої залізобетонними конструктивними елементами споруди типу

«стіна в ґрунті», і отримання вибухом системи з’єднаних порожнин заданого

діаметра, який відповідає проектній ширині вертикальної траншеї для

влаштування геотехнічної споруди типу «стіна в ґрунті». Це може бути

досягнуто добором величини заряду і параметрів його розташування в

площині майбутньої вертикальної щілини.

В постановці задачі розглянуто трикомпонентне ґрунтове середовище,

в якому розміщено свердловину з тампонажним розчином та розташованим

по її осі подовженим зарядом. Враховуючи труднощі вирішення

математичної задачі вибуху осесиметричного заряду поблизу жорсткої

плоскої поверхні, заряд умовно поділено на 2 паралельні частини,

розташовані в площині, паралельній площині жорсткої перепони.

Передбачається, що після вибуху спарених циліндричних зарядів в ґрунті

утвориться порожнина еліптичного перерізу, де довга вісь еліпса також

паралельна площині перепони.

До контуру еліптичного перерізу прикладено навантаження 𝑃0 𝑣, 𝜑 , яке впливає на оточуюче ґрунтове середовище (рис. 5).

Рис. 5. Схема вибуху в середовищі періодичної структури: 1 – заряд,

2 – тампонуючий розчин, 3 – грунт, 4 – жорстка перепона

Таким чином, в подальшому розглядається плоска задача про

розповсюдження вибухових хвиль в ґрунтовому середовищі в узагальненій

полярній системі координат. Рівняння лінійної поверхні в узагальненій

системі координат задається в параметричній формі

𝑥 = 𝑎𝑣 cos 𝜑, 𝑦 = 𝑏𝑣 cos 𝜑, (3)

де 𝑎, 𝑏 –півосі еліптичного перерізу; 𝑣, 𝜑 – координати поверхні.

а

b

𝑣

𝑃0 𝑣, 𝜑

у

х

а

b

3

4

2 1

12

Згідно з теорією Кільчевського, Васідзу, побудовано неортогональну

криволінійну систему координат.

У випадку 𝑎 = 𝑏 маємо звичайну полярну систему координат 𝑣, 𝜑 на

поверхні 𝑆, яка є ортогональною.

При початковому (атмосферному) тиску 𝑃0 щільність середовища 𝜌0,

питомий об’єм 𝑉0, склад в об’ємі газоподібного, рідкого та твердого

компонентів 𝛼𝑖 , щільність 𝜌𝑖0, питомий об’єм 𝑉𝑖0, швидкість звуку у

відповідному компоненті 𝑐𝑖0. При цьому 𝜌0 =1

𝑉0= 𝛼𝑖𝜌𝑖0

3𝑖=1 , 𝛼𝑖 = 13

𝑖=1

При тискові 𝑃 щільність, питомий об’єм та швидкість звуку в

компонентах будуть відповідно 𝜌𝑖 , 𝑉𝑖 , 𝑐𝑖 , щільність середовища 𝜌 та її

питомий об’єм 𝑉.

З урахуванням вказаних припущень рівняння стану ґрунтового

середовища відповідно до робіт Г.М. Ляхова має вигляд

𝜌0

𝜌= 𝛼𝑖

𝛾𝑖 𝑃 − 𝑃0

𝜌𝑖0𝑐𝑖02 + 1

−𝜒 𝑖

,

3

𝑖=1

(4)

де 𝜒𝑖 = 1𝛾𝑖

, 𝛾𝑖 – показник ізенропи 1-ї компоненти.

Рівняння руху середовища описується чотирма величинами – 𝑃 (тиск),

𝜌 (щільність), 𝑈1 (швидкість по координаті 𝑣), 𝑈2 (швидкість по координаті

𝜑). Для їх знаходження використовуємо рівняння руху (5) та рівняння

нерозривності –у тензорно-векторному вигляді

𝜕

𝜕𝑡 𝜌

𝑣1

𝑎11

+1

𝑔

𝜕

𝜕𝑣 𝑔

𝑇11

𝑎11 𝑎11

+1

𝑔

𝜕

𝜕𝜑 𝑔

𝑇12

𝑎11 𝑎22

+

+Г111

𝑇11

𝑎11 𝑎11

+ 2Г121

𝑇12

𝑎22 𝑎11

+ Г222

𝑇22

𝑎22 𝑎22

= 0

(5)

𝜕

𝜕𝑡 𝜌

𝑣2

𝑎22

+1

𝑔

𝜕

𝜕𝑣 𝑔

𝑇12

𝑎22 𝑎11

+1

𝑔

𝜕

𝜕𝜑 𝑔

𝑇22

𝑎22 𝑎22

+

+Г112

𝑇11

𝑎11 𝑎11

+ 2Г122

𝑇12

𝑎11 𝑎22

+ Г222

𝑇22

𝑎22 𝑎22

= 0

𝜕𝜌

𝜕𝑡+

1

𝑔

𝜕

𝜕𝑣

𝑔

𝑎11

𝜌𝑣1 +1

𝑔

𝜕

𝜕𝜑

𝑔

𝑎22

𝜌𝑣2 = 0

До системи входить також рівняння стану середовища (4). Таким

чином, для знаходження чотирьох невідомих величин 𝑃, 𝜌, 𝑣1, 𝑣2

використовуються чотири нелінійних рівняння.

13

Алгоритм рішення задачі про поширення циліндричних хвиль в

ґрунтовому середовищі базується на застосуванні кінцево – різницевої схеми

Мак-Кормака.

Враховуючи, що різницева схема Мак – Кормака є явною, в

розрахунках використовувалось рівняння стійкості: 𝑉 + 𝑐 𝜏/∆𝑟 < 1, де

величина c відповідає локальній швидкості звуку.

На рис. 6 приведено залежності процесу розвитку хвилі тиску P по

просторовій координаті r у визначені моменти часу при переході межі

поділу середовищ «розчин - грунт», що знаходиться на відстані 05rr від

осі заряду.

Крива 1 відповідає часу підходу до межі поділу середовищ «розчин

– грунт»; крива 2 – часу проходження межі поділу середовищ «розчин –

грунт»; крива 3 – часу переходу межі поділу середовищ «розчин – грунт».

Рис. 6. Розвиток тиску P в залежності від просторової координати rпри переході межі середовищ

Епюри тиску вибухових хвиль в різні моменти взаємодії з жорсткою

перепоною представлені на рис. 7. Крива 1 відповідає часу підходу хвилі до

жорсткої перепони. Крива 2 – тиск на перепоні. Крива 3 – відбита хвиля.

Осциляції на задньому фронті хвилі пояснюються ефектом відбиття

при переході хвилі із менш щільного середовища в більш щільне.

Результати числового рішення задачі «двошарове ґрунтове

середовище – жорстка перепона» при дії вибухового навантаження дають

можливість регулювати параметри вхідної хвилі в грунт в залежності від

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 r,м

106 Па

16

14

12

10

8

6

4

2

0

1

2

3

14

геометрії та фізико-механічних параметрів ґрунтового середовища.

Розрахунки для прийнятих в задачі ґрунтових умов, маси заряду в 1,0 кг/м

та відстані заряду від площини перепони в 0,4 м дають згідно з рис.7

величину тиску вибухової хвилі на межі з жорсткою перепоною близько

106

МПа, що не перевищує межі міцності матеріалу перепони (бетону класу

В20) на стискання, яка становить 11,5 МПа.

Рис. 7. Розвиток тиску P в залежності від просторової координати r

при взаємодії з жорсткою перепоною

Отже, вирішена в роботі задача дозволяє прогнозувати силові

параметри хвильового процесу в неоднорідному ґрунтовому середовищі при

переході хвиль через контактну межу шарів розчину, ґрунту та жорсткої

перепони в залежності від їх параметрів.

У четвертому розділі розглянуто механізм впливу динамічних

навантажень при вибуху внутрішнього заряду на формування характеристик

міцності закріплюючої суміші в часі. Досліджено стандартні зразки

розміром 70,7 70,7 70,7 мм, виготовлених на основі цементно-

глинистого, цементно-піщаного і цементно - вапняного водних розчинів в

нормальних умовах при впливі на них вибухового імпульсу і без нього.

Досліджувані зразки у формі в затвореному стані попередньо

піддавались динамічному навантаженню вибухом.

В центрі зразка - куба, розташованого в металевій формі,

встановлювався заряд діаметром 8 мм і висотою 25 мм на глибину 45 мм.

Маса заряду становила 1г.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 r,м

106 Па

10

8

6

4

2

0

1

2

3

15

Зразки витримувались при температурі (202) С і відносній вологості

(6510)%. Через (242) години зразки-куби звільнялися з форми,

виконувались їх обмірювання, похибка яких становила 0,1 мм, що не

перевищувало допустимої.

Для достовірної оцінки характеристик міцності показники в дослідах

знімались через кожні 7 днів до моменту досягнення в досліджуваних

зразках проектної міцності (28 діб в нормальних умовах). Характеристики

міцності досліджуваних зразків визначались неруйнівним методом за

допомогою склерометра «Шмідт Хаммер 225», а також для перевірки

достовірності отриманих результатів - із застосуванням гідравлічного пресу

ПСУ - 10.

Міцність зразків на стискання R для цементного, цементно-вапняного і

цементно-глинистого розчинів як при впливі на них динамічного

навантаження, так і без нього визначалася за допомогою тарувальних кривих

відповідно до показників висоти пружного відскоку (Н), отриманих

склерометром «Шмідт Хаммер 225».

На основі отриманих даних (рис. 9-11) можна зробити висновок, що

досліджувані зразки цементного, цементно-вапняного і цементно-

глинистого розчинів, які піддавалися динамічному навантаженню, на

першому етапі тверднення (7 діб) набули міцності вищої, ніж аналогічні

зразки без вибухової обробки. Процес твердіння зразків після обробки

вибухом пришвидшується, що, в свою чергу, підвищує стійкість оброблених

сумішей проти вимивання з них в'яжучих складових при використанні їх як

зміцнювальних суспензій для підвищення стійкості стінок траншеї від

обрушення.

Залежності розвитку міцності зразків досліджуваних розчинів в часі

описуються квадратичними рівняннями другого порядку виду 𝑦 = −𝑎𝑥2 +𝑏𝑥 + 𝑐. (рис. 9-11).

Рис. 9. Графічна залежність міцності цементних зразків від терміну

твердіння: 1 - до дії вибуху; 2 - після дії вибуху

Виходячи з аналізу кривих на рис. 9 – 11, найбільш виразно

ефективність динамічної обробки розчинів проявляється на початку

твердіння (близько 0 на осі абсцис), де динаміка процесу твердіння

9,4

9,6

9,8

10

10,2

10,4

10,6

10,8

0 5 10 15 20 25 30n, днів

R, МПа

2

1

16

відбувається за іншими закономірностями, ніж представлено на рис. 9-11.

Інструментальні методи не в змозі досить адекватно оцінити міцність зразка

в період до 7 діб, хоча відомо, що в цей період інтенсивність зростання

міцності зразка, а отже, і розходження кривих будуть значно вищими, ніж

після 7 діб. Загальний характер залежностей рис. 9-11 демонструє переваги

цементно-глинистих зразків, оброблених вибухом, саме на початковій стадії

твердіння. Так, на рис. 11 криві 1 та 2 описуються відповідно залежностями:

𝑦 = −0,0026𝑥2 + 0,1221𝑥 + 9,275 та 𝑦 = −0,0018𝑥2 + 0,0918𝑥 + 9,6375.

Рис. 10. Графічна залежність міцності цементно-вапняних зразків від

терміну твердіння: 1 - до дії вибуху; 2 - після дії вибуху.

Рис. 11. Графічна залежність міцності цементно-глинистих зразків від

терміну твердіння: 1 - до дії вибуху; 2 - після дії вибуху

Отже, вплив динамічного навантаження (вибуху) при застосуванні

цементних розчинів як зміцнювальних сумішей на першому етапі твердіння

(до 7 діб) забезпечує підвищення міцності закріплюючої суміші, а

відповідно і стійкості стінок траншеї від обвалу саме в початковий період їх

формування, що надзвичайно важливо для реалізації комбінованої

технології спорудження захисної вертикальної споруди.

9,2

9,4

9,6

9,8

10

10,2

10,4

10,6

10,8

0 5 10 15 20 25 30

9,4

9,6

9,8

10

10,2

10,4

10,6

10,8

11

0 5 10 15 20 25 30n, днів

n, днів

R, МПа

R, МПа

1

2

1

2

17

П’ятий розділ роботи присвячений вдосконаленню та техніко-

економічному обґрунтуванню комбінованої технології зведення ділянок

заглиблених споруд методом «стіна у ґрунті» з використанням енергії

вибуху в складних умовах ґрунтового масиву періодичної структури.

Традиційно використовуються два основних способи реалізації методу

«стіна в грунті»: пальовий та траншейний. У залежності від властивостей

ґрунту та його вологості використовують два способи зведення стін – сухий

та мокрий.

Для вдосконалення цих способів будівництва споруд типу «стіна в

ґрунті» в роботі запропоновано використати енергію вибуху для

попереднього зміцнення структурно нестійкого ґрунтового масиву шляхом

його комбінованої обробки вибухом вертикальних подовжених зарядів в

оточенні закріплюючих розчинів, що примусово в динамічному режимі

перемішуються з прилеглим до зарядної порожнини ґрунтовим масивом,

утворюючи «кірку» з підвищеною міцністю. Внаслідок цього на короткий

час зведення споруди типу «стіна в ґрунті» отримується тимчасово стійка

вертикальна траншея потрібної глибини, в якій після вибуху формується

постійна вертикальна захисна споруда або шляхом послідовного розміщення

залізобетонних панелей, або заповнення траншеї композиційним

матеріалом.

Така технологія скорочує час зведення геотехнічної споруди та

практично виключає використання важкого обладнання. Сама технологія

формування вертикальної траншеї вибухом полягає у вибурюванні

ланцюжка зближених вертикальних свердловин, їх заряджанні та

підриванні. Отримана після вибуху зарядів система порожнин при відстані

між зарядами, що відповідає їх діаметрові, утворює суцільну вертикальну

щілину потрібної глибини та ширини.

Для спрощення техніки конструювання подовжених зарядів та

отримання розрахункової лінійної маси заряду згідно з відомими прийомами

контурного підривання доцільним є розосередження маси ВР, тобто

конструювання гірлянди зосереджених зарядів по довжині свердловини та

підривання їх таким чином, щоб забезпечити ефект, який відповідає ефекту

вибуху лінійного заряду; практично здійснюється імітація лінійного заряду

системою зарядів більш простої конструкції.

З метою керування вибуховим процесом формування суцільної щілини

гірлянди зарядів розташовуються попарно у зарядних свердловинах в

площині майбутньої вертикальної суцільної траншеї.

Перспективою розвитку методу є відмова від наступного після вибуху

застосування опускних залізобетонних панелей в якості тіла геотехнічної

споруди. Замість цього отримана траншея одразу після вибуху заповнюється

твердіючим розчином частково шляхом заповнення зарядних і «холостих»

свердловин, а частково – з ємностей на поверхні під час розширення

вибухових порожнин та утримання її стінок завдяки створеному вибухом

«корку»- температурно та динамічно обробленій твердіючій суміші глино-

18

цементного розчину з оточуючим грунтом . В цьому випадку мають бути

використані явища, які супроводжують вибух в системі – перемішування

закріплюючих розчинів з ґрунтом у прилеглих до тампонуючої свердловини

шарах, що піддаються інтенсивному нагріванню вибуховими газами та

деформуванню, гравітаційні сили, що сприяють переміщенню розчину з

поверхневої ємності у вибухову порожнину, явище розрідження у вибуховій

порожнині після різкого падіння температури і об’єму газів. Це явище

викликає знакоперемінний тиск газів у вибуховій порожнині на заключному

етапі деформування оточуючого ґрунтового масиву та відповідно на етапі

падіння тиску в порожнині до стану розрідження, сприяючи примусовому

опусканню наповнювача з ємності в порожнину .

Проведені розрахунки та аналіз дозволили визначити раціональний

спосіб формування захисних геотехнічних споруд за допомогою енергії

вибуху. При цьому очікуваний економічний ефект від впровадження

способу і методики з визначення необхідних параметрів геотехнічної

споруди та міцнісних характеристик матеріалів при влаштуванні 1п.м. такої

геотехнічної споруди глибиною 10м у порівнянні із традиційними в

інженерно-геологічних умовах м. Києва складає 3450,00 грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій на

основі встановлених явищ і закономірностей формування геотехнічних

характеристик природних і техногенних ґрунтових масивів вирішено

наукове і прикладне завдання збільшення надійності експлуатації підземних

будівель і споруд через підвищення несучої здатності масивів з нестійким

міцнісними показниками та періодичною структурою із залученням

закріплюючих сумішей та високопродуктивної техніки обробки ґрунтів

енергією вибуху, що має важливе значення в сучасних умовах геотехнічного

підземного будівництва.

Основні наукові і практичні результати роботи полягають у тому, що:

- виконано аналіз і узагальнення наукових досліджень і досвіду

влаштування та укріплення підземних захисних та підпірних споруд мілкого

закладання в структурно нестійких ґрунтових масивах, що дозволило

сформулювати мету роботи та основні завдання досліджень;

- встановлено в результаті математичного моделювання розвитку

вибухової порожнини за присутності в зарядній свердловині тампонуючого

розчину явище трикратного циклічного зростання - падіння величини

середнього гідростатичного тиску у вибуховому імпульсі в часі, що

відповідають часові приходу ударної хвилі на межу поділу тампонуючого

розчину та масиву, відбиття хвилі від більш щільного ґрунтового

середовища, відбиття на осі симетрії заряду і переходові в ґрунтовий масив;

- згідно з виконаними розрахунками інтенсивність явища

пульсації напружень у вибуховому імпульсі загасає із збільшенням радіуса

19

тампонажної свердловини, тобто з віддаленням межі поділу середовищ від

осі заряду при збільшенні тривалості імпульсу, що сприяє більш повній

передачі енергії вибуху середовищу; відповідно при зростанні радіуса

тампонажної свердловини rc від 1 до 10…12 радіусів заряду значення

залишкової деформації на діаграмі стиснення досягає максимуму,

максимальний відносний радіус вибухової порожнини досягає значень 7…8

радіусів заряду і далі стабілізується;

- числове рішення зв’язаної задачі «двошарове ґрунтове

середовище – жорстка перепона» при дії вибуху дозволяє регулювати

параметри хвилі тиску в ґрунті в залежності від міцнісних параметрів

жорсткої перепони, фізико – механічних параметрів ґрунтового середовища

та геометрії споруди; величина максимального тиску в падаючій хвилі при

вибуху на відстані 40rЗ від жорсткої перепони не перевищує 100 МПа, що не

загрожує цілісності залізобетонних конструкцій поблизу вогнища вибуху;

- аналіз механічних характеристик досліджуваних зразків

тампонуючих матеріалів (цементних, цементно-вапняних і цементно-

глинистих сумішей) показав, що починаючи з початкового етапу тужавіння

оброблені вибухом зразки набувають міцності значно швидше порівняно з

необробленими, міцність досліджуваних зразків на одноосьове стискання

зростає на 0,6…2,0МПа; процес схоплювання зразків після динамічної

обробки вибуховим імпульсом пришвидшується, а це означає, що

припиняється вимивання в’яжучих речовин при формуванні ущільнених

вибухом породних шарів на період часу, необхідний для влаштування в

сформованій вибухом глибокій траншеї споруди типу «стіна в ґрунті».

- рівновага бічних стінок траншеї, пройденої вибухом,

забезпечується за умови 𝜎2пас > 𝜎2ак; при цьому напруження від

вибухової хвилі на стінці траншеї при наступних вибухах не повинні

перевищувати розрахункове напруження 𝜎𝑣/

= 𝑃𝑡𝑔2𝜃 кН/м2;

- остаточним фактором при формуванні ущільнених ділянок в

ґрунтовому масиві повинен стати добір матеріалу заповнювача, який слід

виконувати на основі техніко-економічного порівняння із врахуванням

деформаційних та міцнісних властивостей матеріалу , оскільки тампонажний

розчин має бути швидкотвердіючим без утворення тріщин під час

тужавіння.

- перспективою розвитку методу є відмова від застосування

опускних панелей та заповнення вертикальної щілини в процесі її отримання

композиційними матеріалами (розчинами) частково шляхом заповнення

зарядних і «холостих» свердловин до вибуху, а частково – з ємностей на

поверхні одночасно з розширенням порожнин вибухом. В цьому випадку

мають бути використані явища, які супроводжують вибух в системі

свердловин – перемішування закріплюючих розчинів з ґрунтом у прилеглих

до свердловини шарах, що піддаються інтенсивному деформуванню,

20

гравітаційні сили та явище розрідження у вибуховій порожнині в процесі

пульсаційної зміни тиску газів, їх об’єму та температури.

- ефективність вибухового методу будівництва геотехнічних

захисних споруд способом «стіна в ґрунті» зберігається як при одночасному

підриванні системи зарядів, так і при послідовному підриванні окремих

зарядів. Це дозволяє при необхідності забезпечити існуючі споруди на

будівельному майданчику від сейсмічної дії. Розрахунковий очікуваний

економічний ефект від впровадження способу і методики з визначення

необхідних параметрів геотехнічної споруди та міцнісних характеристик

матеріалів при влаштуванні 1п.м. такої геотехнічної споруди глибиною 10м

у порівнянні із традиційними в інженерно-геологічних умовах м. Києва

складає 3450,00 грн.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кравець В.Г. Вплив довжини лінійного вертикального заряду на

параметри воронки викиду / В.Г. Кравець, В.В. Вапнічна, Л.В. Шайдецька. //

Вісник національного технічного Університету України «КПІ». Серія

«Гірництво». – 2004. – Вип. 11. – С. 126-131.

2. Кравець В.Г. Розвиток вибухових технологій у геобудівництві /

В.Г. Кравець, В.В. Вапнічна, Л.В. Шайдецька // Вісник національного

технічного Університету України «КПІ». Серія «Гірництво». – 2005 – Вип. 12.

– С. 86-92.

3. Шайдецька Л.В.Вибухова підготовка порожнини у слабозв’язаних

ґрунтах / Шайдецька Л.В., Кравець В.Г., Жмуденко О.С.// Вісник ЖТДУ.

Технічні науки. – 2005. - № 3 (38). С. 134-137.

4. Шайдецька Л.В. Дослідження показників міцності грунту в

закріпленій зоні при динамічному впливі // Л.В. Шайдецька // Вісник КТУ. –

2008. - №20. – С.45-47.

5. Зуєвська Н.В. Моделювання несучої спроможності армованого

ґрунту жорстким матеріалом з використанням програмного забезпечення /

Л.В. Шайдецька, Н.В. Зуєвська, Ю.В. Волик // Разработка рудных

месторождений, вып. 94, 2011. – Кривой Рог. – С. 102-105.

6. Зуєвська Н.В. Несуча здатність лесових ґрунтів при утворені

зони грунтощебеню за допомогою енергії вибуху / Л.В. Шайдецька, Н.В.

Зуєвська, Ю.В. Волик // Збірник праць НГУ. - Д.: Державний вищий

навчальний заклад "Національний гірничий університет", 2011. – №36, т.1. –

С. 51 – 56.

7. Шайдецька Л.В. Визначення максимального тиску зворотної

хвилі напружень на стінки порожнини при проведенні кольмотації грунту за

допомогою вибуху / Л.В. Шайдецька // Проблеми гірського тиску. – 2011. –

№19. С.231-236.

8. Шайдецкая Л.В. Управление динамикой схватывания растворов

вяжущих веществ с применением энергии взрыва / Л.В. Шайдецкая, В.Г.

21

Кравець, А.Л. Ган. // Збірник наукових праць НГУ. – Д.: Національний

гірничий університет, 2014 – №43. – С. 167-171.

9. Кравець В.Г. Підвищення енергоефективності процесу

формування камуфлетної порожнини вибухом в свердловині в присутності

тампонажного матеріалу / В.Г. Кравець, Л.В. Шайдецкая // Енергетика:

економіка, технології, екологія. – 2014. – №4. – С.17-22. (включено до науково

метричної бази даних РІНЦ, бази даних «Наукова періодика України», Google

Scholar.)

10. Шайдецкая Л.В. Предупреждение аварийности на объектах

строительства и реконструкции подземных сооружений / Л.В. Шайдецкая //

"3-я Международная конференция по проблемам рационального

природопользования. "Проблемы создания экологически рациональных и

ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки

отходов горного производства. Материалы конференции: ТулГУ, Тула, 2010. –

С. 269-274.

11. Шайдецька Л.В. Особливості ущільнення нестійких ґрунтів

динамічними способами / Л.В. Шайдецька // Тези VII Всеукраїнської наукової

конференції студентів, магістрів та аспірантів «Сучасні проблеми екології та

геотехнологій». – Житомир: ЖДТУ, 2010. – Т. 2. – С. – 183-184.

12. Шайдецька Л.В. Перспективи пошуку нових технологічних

методів армування ґрунтів / Л.В. Шайдецька // Тези VIII Всеукраїнської

наукової конференції студентів, магістрів та аспірантів "Сучасні проблеми

екології та геотехнології". – Житомир: ЖДТУ, 2011. – С. – 203-204.

13. Шайдецька Л.В. Дослідження зміни показників міцності бетонної

суміші при динамічному впливі / Л.В. Шайдецька // Международная научно-

техническая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов

"Строительство шахт и подземных сооружений". – Донецк: ДонНТУ, 2011. –

С. 86.

14. Шайдецкая Л.В. Преобразование строительных свойств

оснований с помощью энергии взрыва / Л.В. Шайдецкая // «Взрывная

технологи. Эмпирика и теория. Достижение. Проблемы. Перспективы» -

Международная научно-практическая конференция. Материалы

конференции: ТулГУ, Тула, 2011, С.32-37.

15. Шайдецька Л.В. Тенденції розвитку технології будівництва

інженерно-транспортних споруд / Л.В. Шайдецька, А.В. Йожиков, О.В.

Кудрик // Перспективи освоєння підземного простору: матеріали 6-ї

міжнародної науково-практичної конференції молодих учених, аспірантів і

студентів – Д.:Національний гірничий університет, 2012 – С.-89

16. Шайдецька Л.В. Ущільнення ґрунтів за допомогою вибуху з

додатковою кольмотацією закріплюючих речовин /Л.В. Шайдецька // Тези

международной научно-технической конференция молодых ученых,

аспирантов и студентов. Посвящается 90-летию горного факультета ДонНТУ.

Выпуск №19. м. Донецьк. 2013.

22

17. Шайдецька Л.В. Сопоставление практических методов расчета

конечных деформаций оснований фундаментов / Л.В. Шайдецька, А.О.

Добровольська // "Энергетика. Экология. Человек" секция "Перспективы

развития горного дела и подземного строительства" материалы 5-ой

международной научно-технической конференция г. Киев, 2013 г., с.326.

18. Шайдецька Л.В. Дослідження впливу динамічного навантаження

на міцністні характеристики розчинів / Л.В. Шайдецька, А.Л. Ган, О.П.

Макарицький //"Энергетика. Экология. Человек" секция "Перспективы

развития горного дела и подземного строительства" материалы 5-ой

международной научно-технической конференция г. Киев, 2013 г.

19. Шайдецька Л.В., Шевчук Н.А., Тарасюк О.С. Аспекти впливу

гірничодобувних робіт на природне середовище / Л.В. Шайдецька, Н.А.

Шевчук, О.С.Тарасюк //"Перспективы развития строительных технологий"

материалы 7-й международной научно-практической конференция молодых

ученых, аспирантов и студентов, Днепропетровск, 2013.

20. Шайдецька Л.В. / Формування порожнин у ґрунтовому масиві з

використанням енергії вибуху / Л.В. Шайдецька, А.Л. Ган //«Розробка,

використання і екологічна безпека сучасних гранульованих і емульсійних

вибухових речовин» матеріали Х міжнародної науково-технічної конференції,

м. Кременчук –м. Кошице, Україна – Словаччина, 2014

21. Шайдецька Л.В., Ган А.Л., Стороженко Д. Дослідження

параметрів динамічно ущільнених зон в ґрунтовому масиві / Л.В. Шайдецька,

А.Л. Ган, Д.А. Стороженко // "Энергетика. Экология. Человек" секция

"Перспективы развития горного дела и подземного строительства" материалы

6-ой международной научно-технической конференция г. Киев, 2014 г.

22. Шайдецька Л.В. Формування вибухової порожнини в

двошаровому середовищі / Л.В. Шайдецька, Н.С. Ремез, А.І Дем’янчук //

Хімічна технологія: наука, економіка та виробництво. Матеріали II

міжнародної науково-практичної конференції. М:. Шостка, 2014. – С. – 129-

131.

АНОТАЦІЯ

Шайдецька Л. В. Формування вертикальних геотехнічних споруд

вибухом у ґрунтовому масиві періодичної структури. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

за спеціальністю 05.15.09 – геотехнічна і гірнича механіка. – Національний

технічний університет України «Київський політехнічний інститут» МОН

України, Київ, 2015.

Дисертацію присвячено розробленню нових методів формування

геотехнічних характеристик природних і техногенних ґрунтових масивів з

нестійким міцнісними показниками та періодичною структурою.

У роботі вирішено наукове і прикладне завдання збільшення

надійності експлуатації будівель і споруд через підвищення несучої

23

здатності та стійкості масивів і зсувних схилів із залученням цементуючих

сумішей та високопродуктивної техніки обробки ґрунтів енергією вибуху,

що має важливе значення в сучасних умовах геотехнічного підземного

будівництва.

На основі математичного моделювання розвитку вибухової

порожнини за присутності в зарядній свердловині тампонуючого розчину

розглянуто явище пульсаційного зростання - падіння величини середнього

гідростатичного тиску у вибуховому імпульсі в часі, що призводить до

збільшення загальної тривалості вибухового імпульсу та механічного ефекту

вибуху та дозволяє регулювати параметри хвилі тиску в ґрунті в залежності

від міцнісних параметрів жорсткої перепони, фізико – механічних

параметрів ґрунтового середовища та геометрії споруди.

Ключові слова: трикомпонентне ґрунтове середовище, жорстка

перепона, фізико-механічні властивості, тампонуючі матеріали, пульсація

напружень, ущільнення вибухом.

АННОТАЦИЯ

Шайдецкая Л. В. Формирование вертикальных геотехнических

сооружений взрывом в грунтовом массиве периодической структуры. –

Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических

наук по специальности 05.15.09 - Геотехническая и горная механика. -

Национальный технический университет Украины «Киевский

политехнический институт» МОН Украины. - Киев, 2015.

Диссертация посвящена разработке новых методов формирования

геотехнических характеристик природных и техногенных грунтовых

массивов с неустойчивыми прочностными показателями и периодической

структурой.

В работе решена научная и прикладная задача увеличения надежности

эксплуатации зданий и сооружений путем повышения несущей способности

и устойчивости массивов с привлечением цементирующих смесей и

высокопроизводительной техники обработки структурно неустойчивых

грунтов энергией взрыва, что имеет важное значение в современных

условиях геотехнического подземного строительства.

На основе математического моделирования развития взрывной

полости в присутствии в зарядной скважине тампонирующего раствора

рассмотрено явление трехкратного циклического роста - падения величины

среднего гидростатического давления во взрывном импульсе во времени,

что приводит к росту продолжительности импульса и механического

эффекта взрыва.

Числовое решение связанной задачи "двухслойная грунтовая среда -

жесткая преграда" при действии взрыва позволяет регулировать параметры

волны давления в грунте в зависимости от прочностных параметров жесткой

24

преграды, физико - механических параметров грунтовой среды и геометрии

сооружения. При этом величина максимального давления в падающей волне

при взрыве на расстоянии 40rЗ от жесткой преграды не превышает

допустимого значения, которое не угрожает целостности железобетонных

конструкций вблизи очага взрыва.

Проверка устойчивости боковых стенок траншеи, пройденной взрывом,

обеспечивается при условии 𝜎2пас > 𝜎2ак, при этом определены

напряжения от взрывной волны при следующих взрывах, которые не

должны превышать расчетное напряжение 𝜎𝑣/

= 𝑃𝑡𝑔2𝜃 кН/м2.

Проведенный анализ механических характеристик исследуемых

образцов тампонирующих материалов (цементных, цементно-известковых и

цементно-глинистых смесей) показал, что начиная с начального этапа

твердения обработанные взрывом образцы тампонирующих материалов

показал, что начиная с начального этапа отвердевания обработанные

взрывом образцы приобретали прочность значительно быстрее по

сравнению с необработанными. Процесс схватывания образцов после

динамической обработки взрывным импульсом ускоряется, а это значит, что

прекращается вымывание вяжущих веществ при формировании

уплотненных взрывом породных слоев на период времени, необходимый для

устройства в сформированной взрывом глубокой траншее сооружения типа

«стена в грунте».

Результаты выполненных исследований позволяют формировать

силовые и деформационные параметры волн давления в сложноструктурном

ґрунтовом массиве в зависимости от физико – механических параметров

ґрунтового массива, прочностных параметров конструктивных элементов и

геометрии прилегающего к очагу взрыва подземного сооружения.

Ключевые слова: трехкомпонентная грунтовая среда, жесткая

преграда, физико-механические свойства, тампонирующие материалы,

пульсация напряжений, уплотнение взрывом.

ABSTRACT

L.V. Shaydetska. The Formation of the vertical geotechnical constructions

by the explosion in soil body of the periodic structure - Manuscript.

Ph.D. thesis in Engineering Science, specialty 05.15.09 - Geotechnical and

Mining Mechanical Engineering. - National Technical University of Ukraine

“Kyiv Polytechnic Institute” MES. - Kyiv, 2015.

The thesis considers the development of the new methods of forming the

geotechnical characteristics of the natural and manmade soil body with the

unstable strength indicators and periodic structure.

In this study we solved the scientific and applied problems of the increase

of the operational reliability buildings and constructions due to the increased load-

bearing capacity and stability of the bodies and sliding slopes applying cementing

25

mixtures and high-performance manufacturing technologies for soil treatment by

the explosion energy that are important in the modern conditions of the

geotechnical underground construction.

Based on the mathematical modeling of the explosion chamber

development with the presence of the plugging material in the loading hole, the

phenomenon of the triple cyclic growth- fall of the value of the average

hydrostatic pressure in an explosive pulse in time is discussed. This leads to an

increase in the pulse duration and the mechanical effect of the explosion, allowing

adjusting the parameters of the pressure wave in the soil, depending on the

strength parameters of rigid constraints, physical and mechanical parameters of

the soil environment and the geometry of the structure.

Key words: three-component soil ground, rigid constraint, physical and

mechanical properties, plugging material, strain pulsation, explosive compaction.