Способ измерения параметров движения поверхности грунта при подземном взрыве и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК G01P3/68 F42D99/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерений параметров движения поверхности грунта и может быть использовано при исследовании сейсмического действия подземного взрыва.

Предшествующий уровень техники

При проведении подземных взрывов промышленного или научного назначения важным является знание параметров движения поверхности грунта. Актуальность достоверности данных о параметрах движения поверхности грунта (смещения, скорости и ускорения) наглядно подтверждается, например, практикой создания взрывонабросных плотин [1-3].

Параметры движения грунта измеряются различными типами аппаратуры с использованием широкого диапазона методов исследований. Известны, например, способы и устройства по патентам РФ (№№2366960, 2518018, 2438111) и а.с. СССР (№№1511692, 1599474).

Один из способов, основанный на использовании световых реперов, описан в ряде работ [1-5]. Такой способ нашел самое широкое применение в практике. Наиболее полно способ измерения описан в работе [4], который принят в качестве способа-прототипа.

Сущность такого способа заключается в установке светового репера, жестко скрепленного с грунтом специальной конструкцией, регистрации светового сигнала с помощью оптических средств, выборе точки отсчета движения поверхности грунта и обработки этого сигнала с использованием выбранной точки отсчета.

Как правило, конструкция репера представляет собой прочную опору (металлическую трубу или уголок), с жестко закрепленным на ней световым репером. В качестве светового репера используется, например, пиротехнический патрон с длительным временем горения. Прочное крепление опоры с грунтом обеспечивается размещением на ее торце башмака. Для масштабирования исследуемого процесса на опоре устанавливаются два и более световых репера с известным расстоянием между ними.

Регистрация процесса осуществляется с помощью кино- или видеокамеры. Регистратор устанавливается на безопасном расстоянии от места взрыва.

Процесс движения поверхности грунта записывается в виде световых отметок реперов на видеозаписи или пленке. При обработке полученных записей сигнала в кадре выбирается точка отсчета. В качестве точки отсчета может приниматься любой объект, сохраняющий неподвижное положение и находящийся в поле зрения в процессе развития взрыва.

Основной недостаток способа - прототипа состоит в том, что с приходом сейсмической волны, в пункте размещения регистратора (кино- или видеокамеры) происходят колебания, которые приводят к искажению картины движения поверхности грунта.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена конструкция устройства для жесткого крепления световых реперов с грунтом.

На фиг. 2 представлены графики движения световых реперов после прихода сейсмической волны в точку размещения специальной конструкции.

Краткое описание изобретения

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в обеспечении более длительного времени измерения движения поверхности грунта при подземном взрыве и повышении достоверности полученных результатов.

Технический результат достигается тем, что в предполагаемом способе рядом с установленным световым репером, размещают дополнительный световой репер, который начинает свободное падение в поле силы тяжести в момент начала движения поверхности грунта.

В качестве точки отсчета используют координаты дополнительного светового репера, свободно падающего в поле силы тяжести, а координату вертикальной составляющей дополнительного светового репера рассчитывают по известной зависимости:

h=g*t²/2,

где h - текущее значение вертикальной составляющей координаты точки отсчета,

g - ускорение свободного падения,

t - текущее время.

Сущность предлагаемого способа заключается в выполнении следующих операций:

установка репера в грунте и жесткое крепление его путем бетонирования;

установка регистратора (кино- или видеокамеры) в пункте наблюдения;

регистрация сигнала движения световых реперов совместно с дополнительным световым репером;

обработка сигнала для получения кинематических параметров движения грунта (смещение, скорость, ускорение) с учетом движения дополнительного светового репера.

Обработка сигнала проводится с использованием точки отсчета, до момента прихода сейсмической волны в пункт размещения регистратора, сохраняющего неподвижное положение.

Подробное описание изобретения

Технический результат достигается с помощью устройства, включающего корпус светового репера с башмаком, световой репер, жестко связанный с корпусом репера. Дополнительно к корпусу репера жестко прикреплено коромысло, к которому на разрушаемой нити подвешен дополнительный световой репер.

Сущность способа и устройство для его реализации представлены на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена конструкция устройства, которая включает в себя корпус репера 1 с башмаком 2, замоноличенном в нише или приямке 3, которые заранее подготавливаются на поверхности грунта 4. К корпусу репера 1 жестко прикреплены световые реперы 5 на фиксированном расстоянии между ними. Дополнительный световой репер 6 подвешен на коромысле 7, с помощью разрушаемой нити 8.

На фиг. 2 непрерывной линией показан типовой результат обработки смещения световых реперов 5 во времени, зарегистрированных на фото- или видеопленке.

В момент t₀ (приход сейсмической волны в точку размещения конструкции) дополнительный световой репер 6 отрывается и далее двигается в поле силы тяжести. Расстояние, пройденное дополнительным световым репером 6, от первоначального положения в моменты времени t₁ и t₂ оцениваются как h₁=g*t₁²/2 и h₂=g*t₂²/2. С приходом сейсмической волны в пункт размещения регистрирующей аппаратуры (в момент времени t^* на фиг. 2) запись сигнала искажается и сильно затрудняет дальнейшую обработку.

Для восстановления сигнала все кадры, следующие после воздействия сейсмической волны на пункт регистрации и колебаний регистрирующей аппаратуры, корректируются с учетом дополнительного светового репера 6, свободно падающего в поле силы тяжести. Восстановленное истинное смещение световых реперов 5, расположенных на конструкции, в момент времени 13 показано на фиг. 2 пунктирной линией. Таким же образом производится обработка оптических материалов и определяется истинное смещение поверхности грунтового массива в последующие моменты времени, например, в момент U (фиг. 2). Скорректированные кадры позволяют восстановить истинное смещение световых реперов 5 и рассчитать параметры движения поверхности грунта.

Таким образом, достоверные измерения движения поверхности грунта обеспечиваются как до, так и после прихода сейсмической волны в пункт, в котором установлена регистрирующая аппаратура.

Работоспособность способа и функционирование устройства проверены в маломасштабном эксперименте.

Список источников

1. Садовский М.А., Адушкин В.В., Родионов В.Н. Моделирование крупных взрывов на выброс.// ДАН. 1966. Т. 167. №6. С. 1253-1255.

2. Адушкин В.В., Перник Л.М. Исследование на модели процесса образования опытной плотины на р. Бурлыкия. // Гидротехническое строительство. 1977, №5.

3. Адушкин В.В., Перник Л.М. Моделирование направленных взрывов при сооружении набросных плотин. В Кн.: Взрывное дело. 82/39. М.: Недра, 1980. С. 5-17.

4. Гарнов В.В., Харин Д.В. Методика и некоторые результаты регистрации движения поверхности нескального грунта в ближней зоне подземного взрыва оптическими и сейсмическими. Сб. Взрывное дело. 64/21. М.: Недра, 1968. С. 65-92.

5. Гарнов В.В. Подземные ядерные взрывы// История атомного проекта. 1997, М., Сб. трудов ИДГ РАН, С. 399-403.

Группа изобретений относится к области измерений параметров движения грунта и различных объектов и может быть использовано при исследовании сейсмического действия подземного взрыва. В способе измерения параметров движения поверхности грунта при подземном взрыве, которое реализует устройство для измерения параметров движения поверхности грунта, рядом с установленными световыми реперами размещают дополнительный световой репер, который начинает движение в поле силы тяжести в момент начала воздействия. При этом в качестве точки отсчета используют координаты дополнительного светового репера, двигающегося в поле силы тяжести, а координату вертикальной составляющей дополнительного светового репера рассчитывают по зависимости:

h=g⋅t²/2,

где h - текущее значение вертикальной составляющей координаты точки отсчета, g - ускорение свободного падения, t - текущее время с момента начала воздействия. Технический результат настоящего изобретения состоит в увеличении продолжительности времени регистрации исследуемого процесса и повышении достоверности полученных результатов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ измерения параметров движения поверхности грунта при подземном взрыве, включающий установку световых реперов, жестко скрепленных специальной конструкцией с грунтом, регистрацию перемещения светового репера с помощью оптических средств, выбор точки начала отсчета движения поверхности грунта и обработку данных о перемещении светового репера, отличающийся тем, что в качестве точки начала отсчета движения поверхности грунта используют координаты дополнительного светового репера, подвешенного на разрушаемой нити к корпусу репера, а текущую координату вертикальной составляющей дополнительного светового репера рассчитывают по зависимости:

h=g⋅t²/2,

где h - текущее значение вертикальной составляющей координаты точки отсчета,

g - ускорение свободного падения,

t - текущее время с момента начала воздействия.

2. Устройство для измерения параметров движения поверхности грунта, включающее корпус светового репера, световые реперы, жестко связанные с корпусом репера, отличающееся тем, что к корпусу репера жестко прикреплено коромысло, на которое на разрушаемой нити размещен дополнительный световой репер.