Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của màn chắn bọt khí tới cường độ sóng xung kích trong môi trường nước

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:207

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu ảnh hưởng của màn chắn bọt khí tới cường độ sóng xung kích trong môi trường nước" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu nổ dưới nước; Xây dựng mô hình lan truyền sóng nổ cầu và phẳng trong môi trường nước khi đi qua MCBK; Xây dựng mô hình thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm trên mô hình nổ thu nhỏ và ngoài hiện trường; Xử lý số liệu, thiết lập phương pháp tính toán áp suất dư trên mặt sóng nổ sau MCBK và đề xuất sáng chế sử dụng MCBK nhằm bảo vệ công trình khi nổ dưới nước.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu ảnh hưởng của màn chắn bọt khí tới cường độ sóng xung kích trong môi trường nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN ĐỨC VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÀN CHẮN BỌT KHÍ TỚI CƯỜNG ĐỘ SÓNG XUNG KÍCH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ TRẦN ĐỨC VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MÀN CHẮN BỌT KHÍ TỚI CƯỜNG ĐỘ SÓNG XUNG KÍCH TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC Ngành: Cơ kỹ thuật Mã số: 9 52 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Đàm Trọng Thắng 2. TS. Nguyễn Phú Thắng HÀ NỘI - 2025
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Trần Đức Việt
ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận án xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đối với PGS.TS. Đàm Trọng Thắng và TS. Nguyễn Phú Thắng. Các định hướng nghiên cứu, kiến thức khoa học cũng như sự động viên và hỗ trợ về mọi mặt của các thầy đã giúp nghiên cứu sinh nâng cao năng lực, phương pháp luận và quyết tâm hoàn thành luận án này. Tác giả xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện KH-CNQS; Thủ trưởng và cán bộ, nhân viên Phòng Đào tạo, Viện Tên lửa và Phòng TKHT/Viện Tên lửa. Tác giả xin chân thành cảm ơn các GS, PGS, các thầy cô giáo và các cán bộ khoa học tại Viện KH-CNQS đã giảng dạy kiến thức và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp nghiên cứu sinh hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Trung tâm NCUD&KĐCLCT/Viện Kỹ thuật Công trình đặc biệt, Trung tâm BĐHL Hòa Lạc/Học viện KTQS, Đề tài KHCN cấp Quốc gia mã số ĐTĐL 32/18.C đã giúp đỡ và tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu thử nghiệm phục vụ luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng và đồng nghiệp tại Viện Vũ khí/Tổng cục CNQP đã tạo các điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình nghiên cứu, thử nghiệm và hoàn thiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn các chuyên gia, các nhà khoa học và bạn bè đồng nghiệp đã cung cấp cho tác giả nhiều tài liệu quí hiếm và các lời khuyên bổ ích có giá trị. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới vợ và các con của mình - những người đã luôn đồng cảm, đồng hành và chia sẻ những khó khăn với tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả luận án Trần Đức Việt
iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT...................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................... xiii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .................................................................. xv MỞ ĐẦU .................................................................................................. 1 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ NỔ DƯỚI NƯỚC ………........................ 5 1.1. Phân loại các dạng nổ dưới nước …………………………................. 5 1.1.1. Phân loại dạng nổ theo lĩnh vực sử dụng .......................................... 5 1.1.2. Phân loại dạng nổ theo vị trí bố trí lượng nổ ..................................... 5 1.1.3. Phân loại dạng nổ theo tính chất khác nhau về tác dụng cơ học xẩy ra khi nổ dưới nước .................................................................................... 7 1.1.4. Phân loại dạng nổ theo hướng nghiên cứu về tác động cơ học khi nổ dưới nước …………………………………………………………… 8 1.2. Tình hình nghiên cứu về nổ dưới nước ................................................ 8 1.2.1. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới ………………………………. 8 1.2.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng nổ dưới nước ở Việt Nam .......... 20 1.3. Các vấn đề tồn tại khi nghiên cứu về nổ dưới nước …........................ 26 1.4. Những vấn đề luận án cần tập trung giải quyết …………………….... 27 1.5. Giới hạn phạm vi nghiên cứu của luận án ………………………….... 27 1.6. Kết luận chương 1 ............................................................................... 28 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỰ SUY GIẢM CƯỜNG ĐỘ SÓNG XUNG KÍCH LAN TRUYỀN QUA MÀN CHẮN BỌT KHÍ ....... 30 2.1. Phân tích quá trình hình thành và lan truyền SXK trong môi trường nước 30 2.2. Độ cứng truyền âm của môi trường nước và nước chứa bọt khí ……... 34 2.2.1. Phân tích lựa chọn phương trình trạng thái của các môi trường ........ 34 2.2.2. Thiết lập và phân tích độ cứng truyền âm của môi trường nước chứa bọt khí ............................................................................................... 36
iv 2.3. Sự phân rã của sóng nổ tại mặt phân cách giữa hai môi trường …….... 41 2.4. Xây dựng mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK cầu khi lan truyền qua hệ MCBK ..................................................................... 44 2.4.1. Mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK cầu khi lan truyền qua MCBK đơn ............................................................................... 44 2.4.2. Mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK cầu khi lan truyền qua hệ MCBK ................................................................................. 52 2.4.3. Khảo sát, phân tích các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự suy giảm áp suất trên mặt SXK cầu của MCBK ........................................................ 56 2.5. Xây dựng mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK phẳng khi lan truyền qua hệ MCBK ..................................................................... 59 2.5.1. Mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK phẳng khi lan truyền qua MCBK đơn ............................................................................... 59 2.5.2. Mô hình xác định sự suy giảm áp suất trên mặt SXK phẳng lan truyền qua hệ MCBK ................................................................................. 62 2.5.3. Nhận xét các yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến sự suy giảm áp suất trên mặt SXK phẳng của MCBK ....................................................................... 63 2.6. Phân tích, đề xuất nội dung nghiên cứu thực nghiệm ........................... 64 2.7. Kết luận chương 2 ............................................................................... 65 Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ............................................ 67 3.1. Tính toán, thiết kế mô hình thu nhỏ nghiên cứu thực nghiệm nổ ngầm dưới nước .................................................................................................. 67 3.1.1. Phân tích lựa chọn dạng mô hình nghiên cứu thực nghiệm ………... 67 3.1.2. Tính toán kiểm tra các điều kiện yêu cầu về đặc tính tác động nổ trong môi trường nước vô tận của các mô hình nghiên cứu ……………. 69 3.2. Xây dựng mô hình nghiên cứu thực nghiệm về sự suy giảm cường độ SXK trong nước khi gặp MCBK …………………………………… . 72
v 3.2.1. Phương tiện tạo MCBK ................................................................... 72 3.2.2. Vật tư, trang thiết bị gây nổ phục vụ thí nghiệm ............................. 75 3.2.3. Thiết bị đo áp suất sóng nổ trong môi trường nước và phương pháp xử lý tín hiệu .............................................................................................. 75 3.2.4. Xây dựng mô hình thí nghiệm .......................................................... 77 3.2.5. Thời gian và địa điểm thí nghiệm ..................................................... 80 3.3. Nội dung và qui trình thí nghiệm ......................................................... 80 3.3.1. Nội dung thí nghiệm ........................................................................ 80 3.3.2. Qui trình thí nghiệm ......................................................................... 81 3.4. Mô tả nội dung tiến hành thí nghiệm và kết quả thí nghiệm ............... 82 3.4.1. Thí nghiệm đánh giá độ tin cậy của hệ thống thiết bị đo và phương pháp đo áp suất sóng nổ trong môi trường nước ………………………… 82 3.4.2. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK đơn đến cường độ SXK khi đi qua MCBK .................................... 92 3.4.3. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách từ MCBK đơn đến lượng nổ đối với cường độ SXK khi đi qua MCBK …………………. 94 3.4.4. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK kép đến cường độ SXK khi đi qua hệ MCBK …………………… 95 3.4.5. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của khoảng cách giữa hai MCBK đơn đến cường độ SXK khi đi qua hệ MCBK kép ………………. 96 3.4.6. Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dầy MCBK đơn khi giữ nguyên tỷ lệ thể tích bọt khí đến cường độ SXK khi đi qua MCBK ... 98 3.5. Kết luận chương 3 …………………………………………………... 100 Chương 4. THIẾT LẬP QUI LUẬT THỰC NGHIỆM VÀ ĐỀ XUẤT ÁP DỤNG ................................................................................................. 102 4.1. Phương pháp xử lý số liệu để thiết lập các qui luật thực nghiệm .......... 102 4.1.1. Xác định thông số đồng dạng tác dụng nổ ……………………….... 102
vi 4.1.2. Phương pháp thiết lập hàm hồi qui thực nghiệm và hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt SXK khi qua MCBK ................................................... 104 4.2. Thiết lập và phân tích sự ảnh hưởng thực nghiệm của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK đơn đến cường độ SXK sau MCBK ……………….. 106 4.3. Thiết lập và phân tích sự ảnh hưởng thực nghiệm của khoảng cách từ MCBK đơn đến lượng nổ đối với cường độ SXK sau MCBK ................ 109 4.4. Thiết lập và phân tích sự ảnh hưởng thực nghiệm của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK kép đến cường độ SXK sau MCBK ……………….. 111 4.5. Thiết lập và phân tích sự ảnh hưởng thực nghiệm của khoảng cách giữa 2 MCBK của hệ MCBK kép đến cường độ SXK sau hệ MCBK ........ 114 4.6. Thiết lập và phân tích sự ảnh hưởng thực nghiệm của chiều dầy MCBK đến cường độ SXK sau MCBK khi cố định tỷ lệ thể tích bọt khí trong môi trường MCBK ………………………………………………... 119 4.7. Đề xuất phương pháp tính toán dự báo áp suất dư tương đối trên mặt SXK trong nước sau MCBK …………………………………………….. 123 4.8. Đề xuất hệ thống thiết bị tạo MCBK làm suy giảm cường độ SXK trong môi trường nước …………………………………………………... 126 4.8.1. Phân tích thực trạng ……………………………………………… 126 4.8.2. Mô tả bản chất kỹ thuật của sáng chế đề xuất ................................... 126 4.9. Áp dụng và đánh giá hiệu quả hệ thống đề xuất khi nổ ngoài biển ..... 129 4.9.1. Mô tả hộ chiếu nổ và nội dung thực hiện ………………………….. 129 4.9.2. Kết quả đo áp suất dư trên mặt SXK ................................................ 129 4.10. Kết luận chương 4 ............................................................................. 133 KẾT LUẬN ............................................................................................... 135 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 138 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 139 PHỤ LỤC .................................................................................................. P1
vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT A [m] Khoảng cách từ ống thổi khí gần nhất tới tâm lượng nổ. Ai Hằng số xác định từ thực nghiệm. a [m] Khoảng cách từ màn chắn bọt khí đến tâm lượng nổ. aj [m] Khoảng cách từ màn chắn bọt khí đơn thứ j đến tâm lượng nổ. b [m] Chiều dầy màn chắn bọt khí. bj [m] Chiều dầy màn chắn bọt khí thứ j. b0 [m] Chiều dầy biểu kiến của màn chắn bọt khí đơn (chiều dầy màn chắn được hình thành từ một ống thổi khí). c [m/s] Tốc độ truyền âm. cd [m/s] Tốc độ truyền âm trong đất đá đáy nước. ck0 [m/s] Tốc độ truyền âm trong pha khí ở trạng thái ban đầu. cn [m/s] Tốc độ truyền âm trong nước. cn0 [m/s] Tốc độ truyền âm trong pha nước ở trạng thái ban đầu. cTN [m/s] Tốc độ truyền âm trong thuốc nổ. c1 [m/s] Tốc độ truyền âm trong nước ở trạng thái khảo sát. c2 [m/s] Tốc độ truyền âm trong nước chứa bọt khí ở trạng thái khảo sát. dOTK [m] Đường kính ngoài của ống thổi khí. dTK [m] Đường kính lỗ thổi khí. E [J/m2] Năng lượng riêng trên mặt sóng xung kích. Е [J/m2] Năng lượng riêng an toàn tính toán. e [m] Khoảng cách giữa 2 ống thổi khí. e0 [m] Khoảng cách giữa 2 hàng bọt khí mới hình thành từ 2 hàng lỗ thổi khí trên 1 ống thổi khí. f(n) Hàm chỉ số tác dụng nổ. f(ny) Hàm chỉ số tác dụng nổ của lượng nổ dài. fr [hz] Tần số cộng hưởng của bọt khí trong môi trường nước.
viii f(μ) Hàm số đặc trưng cho sự ảnh hưởng của chiều dài tương đối của lượng nổ đến hiệu quả phá huỷ. g [m/s2] Gia tốc trọng trường. H [m] Khoảng cách từ mặt nước/đáy nước đến tâm lượng nổ. h [m] Khoảng cách từ mặt nước/đáy nước tới điểm khảo sát. i0 [Pa.s] Xung riêng trong sóng xung kích. K [kg/m3] Chỉ tiêu thuốc nổ tạo phễu nổ văng tiêu chuẩn. Kk Chỉ số mũ đoạn nhiệt của pha khí. Kn, Kd Chỉ số đa biến tương ứng của môi trường nước và đất đá. Kotp Hệ số phản xạ năng lượng nổ từ nền đất đá đáy nước. KKX, KPX Hệ số khúc xạ, hệ số phản xạ. KKX12, KPX12 Hệ số khúc xạ, hệ số phản xạ tại mặt phân cách giữa môi trường I và II. Ky [kg/m3] Lượng tiêu hao thuốc nổ đơn vị của lượng nổ dài. kd Hệ số ảnh hưởng của đáy nước. kdc Hệ số điều chỉnh thí nghiệm mô hình về điều kiện thực tế. km Hệ số ảnh hưởng của mặt nước. LOTK [m] Chiều dài ống thổi khí. m Tổng số điểm lấy mẫu. N Số ống thổi khí trên giàn tạo bọt khí. Pσ [kG/cm2] Áp suất an toàn cho phép của đối tượng cần bảo vệ. p [Pa] Áp suất môi trường. pm [Pa] Áp suất cực đại trên mặt sóng xung kích. pmn [Pa] Áp suất không khí tại mặt nước. pmt [Pa] Áp suất môi trường ban đầu. p * , pPX , p KX * * Áp suất trên mặt sóng tới, sóng phản xạ, sóng khúc xạ tại [Pa] điểm O nằm trên mặt phân cách giữa 2 môi trường và đường pháp tuyến với mặt phân cách đó đi qua tâm nổ.
ix p10, p20, p30, p40 Áp suất trên mặt sóng của các sóng mới hình thành ở lần [Pa] phân rã đầu tiên tại 2 mặt phân cách của màn chắn bọt khí. p10,j, p20,j, p30,j, Áp suất trên mặt sóng của các sóng mới hình thành ở lần p40,j [Pa] phân rã đầu tiên tại 2 mặt phân cách của màn chắn bọt khí đơn thứ j. Q [kg] Khối lượng lượng nổ. Qy [kg] Khối lượng thuốc nổ tính trên 1 m dài. Qtđ [kg] Khối lượng lượng nổ tương đương. R [m] Khoảng cách từ điểm khảo sát đến tâm lượng nổ. Rn.h [m] Bán kính vùng nguy hiểm của đối tượng cần bảo vệ. r0 [m] Bán kính lượng nổ. rC10, rC20,… [m] Bán kính các lượng nổ ảo C10, C20, ... S [%] Độ lệch cường độ sóng xung kích của thí nghiệm mô hình giảm so với trị số cường độ sóng xung kích tính theo phương pháp thực nghiệm của Nga và Mỹ. t [s] Thời gian. uT , uPX , uKX [m/s] Tốc độ dịch chuyển của các hạt tương ứng trong sóng tới, sóng phản xạ, sóng khúc xạ. V [l/ph] Lưu lượng cấp khí cho 1 ống thổi khí. V0 [l/ph/m] Lưu lượng cấp khí cho 1 m dài của ống thổi khí. VƩ [l/ph] Lưu lượng cấp khí tổng cho hệ màn chắn bọt khí. W [m] Khoảng cách từ mặt nước đến lượng nổ. Wth [m] Chiều sâu nước nhỏ nhất tới hạn để đảm bảo nổ ngầm. W0 [m] Khoảng cách từ lượng nổ đến đáy nước. w, w1 [m] Chiều sâu chôn thuốc. y i  Giá trị đo thứ i.  Giá trị dự đoán thứ i được xác định theo hàm hồi quy. yi  y Giá trị trung bình của các giá trị đo y(i).
x Z [kg/m2/s] Độ cứng truyền âm của môi trường. ZA, ZB [kg/m2/s] Độ cứng truyền âm của môi trường A và B. Z2 [kg/m2/s] Độ cứng truyền âm của môi trường nước chứa bọt khí. Z1, Z3 [kg/m2/s] Độ cứng truyền âm của môi trường nước. Z2,j [kg/m2/s] Độ cứng truyền âm của môi trường màn chắn bọt khí đơn thứ j. θ Hằng số thời gian của sóng xung kích trong nước. αd0 Tỷ lệ thể tích pha đất đá ở trạng thái ban đầu. αk, αk0 Tỷ lệ thể tích pha khí ở trạng thái khảo sát và ban đầu. αn, αn0 Tỷ lệ thể tích pha nước ở trạng thái khảo sát và ban đầu. βk [Pa-1] Độ nén của pha khí trong hỗn hợp nước chứa bọt khí. βn [Pa-1] Độ nén của pha nước trong hỗn hợp nước chứa bọt khí. β2 [Pa-1] Độ nén của môi trường hỗn hợp nước chứa bọt khí. β [độ] Góc tới trên mặt phân cách. β* [độ] Góc tới giới hạn của nền đáy nước mà ở đó KPX = 0. 𝜆2 Hệ số xác định thể hiện mức độ chính xác của hàm hồi quy. λSXK Hệ số năng lượng nổ truyền vào môi trường nước. λPD Hệ số sử dụng năng lượng nổ hữu ích để phá đá. µ Hệ số đa biến của môi trường nước chứa bọt khí. ξ Hệ số phụ thuộc vào tính chất của môi trường đặc. ρ [kg/m3] Mật độ môi trường ở trạng thái khảo sát. ρd, ρd0 [kg/m3] Mật độ đất đá đáy nước ở trạng thái khảo sát và ban đầu. ρk, k0 [kg/m3] Mật độ pha khí ở trạng thái khảo sát và ban đầu. n, n0 [kg/m3] Mật độ pha nước ở trạng thái khảo sát và ban đầu. ρTN [kg/m3] Mật độ thuốc nổ. ρ0 [kg/m3] Mật độ môi trường ở trạng thái ban đầu. ρ1, ρ10 [kg/m3] Mật độ môi trường nước ở trạng thái khảo sát và ban đầu. ρ2, ρ20 [kg/m3] Mật độ môi trường nước chứa bọt khí ở trạng thái khảo sát và ban đầu.
xi γ Số mũ thực nghiệm của qui luật suy giảm áp suất dư tương đối trên mặt sóng nổ cầu theo khoảng cách. γ0 Số mũ thực nghiệm của qui luật suy giảm áp suất dư tương đối trên mặt sóng nổ cầu trong môi trường nước theo khoảng cách. γ2 Số mũ thực nghiệm của qui luật suy giảm áp suất dư tương đối của sóng nổ cầu trong màn chắn bọt khí theo khoảng cách. τ [s] Thời gian tác dụng của sóng. η Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua (hệ) màn chắn bọt khí trong môi trường nước. ηA Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua màn chắn bọt khí đơn trong môi trường nước với màn chắn bọt khí có lưu lượng cấp khí cho 1 m dài ống thổi khí bằng 20 l/ph/m và thay đổi khoảng cách từ tâm ống thổi khí tới lượng nổ trong khoảng từ 25 đến 71 lần bán kính lượng nổ. ηb Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua hệ màn chắn bọt khí trong môi trường nước với hệ màn chắn bọt khí có khoảng cách từ tâm ống thổi khí gần nhất tới lượng nổ bằng (41÷51) lần bán kính lượng nổ, lưu lượng cấp khí cho 1 m dài ống thổi khí bằng 20 l/ph/m, khoảng cách tâm giữa 2 ống thổi khí bằng 0,05 m và thay đổi số ống thổi khí từ 1 đến 8 ống. ηj Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua màn chắn bọt khí đơn thứ j trong môi trường nước. ηV Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua màn chắn bọt khí đơn trong môi trường nước với màn chắn bọt khí có khoảng cách từ tâm ống thổi khí tới lượng nổ bằng (41÷51) lần bán kính lượng nổ và thay đổi lưu lượng cấp khí cho 1 m dài ống thổi khí từ 20 đến 50 l/ph/m.
xii η2e Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua hệ màn chắn bọt khí kép trong môi trường nước với hệ màn chắn bọt khí có khoảng cách từ tâm ống thổi khí gần nhất tới lượng nổ bằng (41÷51) lần bán kính lượng nổ, lưu lượng cấp khí cho 1 m dài ống thổi khí bằng 20 l/ph/m và thay đổi khoảng cách tâm giữa 2 ống thổi khí từ 0,05 đến 0,5 m. η2V Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ khi qua hệ màn chắn bọt khí kép trong môi trường nước với hệ màn chắn bọt khí có khoảng cách từ tâm ống thổi khí gần nhất tới lượng nổ bằng (41÷51) lần bán kính lượng nổ, khoảng cách tâm giữa 2 ống thổi khí là 0,15 m và thay đổi lưu lượng cấp khí cho 1 m dài ống thổi khí từ 20 đến 50 l/ph/m. Δ, Δi Mặt phân cách, mặt phân cách thứ i. 1, j , 2 , j Mặt phân cách bên trái và phải của màn chắn bọt khí đơn thứ j với môi trường nước. Δp [Pa] Áp suất dư. Δpmh [MPa] Áp suất dư trên mặt sóng nổ lan truyền trong bể thử nghiệm. Δp0, Δp10, Δp20, Áp suất dư tương ứng trên mặt sóng tới 0, sóng phản xạ 10, Δp30, Δp40, [Pa] sóng khúc xạ 20, sóng phản xạ 30 và sóng khúc xạ 40. 10j, 20j Các sóng phản xạ và sóng khúc xạ hình thành ở lần phân rã sóng đầu tiên trên mặt phân cách 1, j của màn chắn bọt khí thứ j với môi trường nước. 30j, 40j Các sóng phản xạ và sóng khúc xạ hình thành ở lần phân rã sóng đầu tiên trên mặt phân cách 2 , j của màn chắn bọt khí thứ j với môi trường nước. MCBK Màn chắn bọt khí. SXK Sóng xung kích.
xiii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 3.1 Bảng tính toán kiểm tra bộ thông số của mô hình thí nghiệm ..... 70 Bảng 3.2 Bảng kết quả thí nghiệm xác định áp suất sóng nổ trong nước để đối chiếu với qui luật thực nghiệm của Nga, Mỹ ......................... 84 Bảng 3.3 Bảng đánh giá sai lệch kết quả thực nghiệm với các công thức thực nghiệm do Cole R.H. và Xalamakhin T.M. đề xuất .................. 86 Bảng 3.4 Bảng kết quả thí nghiệm xác định áp suất sóng nổ khi nổ lượng nổ trong bể không có MCBK ........................................................... 88 Bảng 3.5 Áp suất dư lớn nhất tại các đầu đo khi MCBK có bộ thông số (N=1; A=0,5 m; VƩ=V={40; 80; 100} l/ph) ………......................... 92 Bảng 3.6 Áp suất dư lớn nhất tại các đầu đo khi MCBK có bộ thông số (N=1; VƩ=V=40 l/ph; A={0,3; 0,5; 0,7} m) ………………………. 94 Bảng 3.7 Áp suất dư lớn nhất tại các đầu đo khi MCBK có bộ thông số (N=2; A=0,5 m; e=0,15 m; VƩ={40; 80; 100} l/ph) .......................... 95 Bảng 3.8 Áp suất dư lớn nhất tại các đầu đo khi MCBK có bộ thông số (N=2; A=0,5 m; VƩ= 80 l/ph; e={0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,3; 0,5} m).. 96 Bảng 3.9 Áp suất dư lớn nhất tại các đầu đo khi MCBK có bộ thông số (A=0,5 m; e=0,05 m; V=40 l/ph; N={1; 2; 4; 6; 8}) .......................... 99 Bảng 4.1 Bộ qui luật thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí (thông qua lưu lượng cấp khí) trong MCBK đơn đến cường độ SXK sau MCBK khi khi A=0,5 m ………………………………… 108 Bảng 4.2 Bộ qui luật thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của sự thay đổi khoảng cách từ lượng nổ đến MCBK đơn đến cường độ SXK sau MCBK khi cố định khoảng cách từ lượng nổ đến MCBK ..................................... 109
xiv Bảng 4.3 Bộ qui luật thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK kép (thông qua lưu lượng cấp khí VƩ) đối với cường độ SXK sau MCBK khi A=0,5 m và e=0,15 m ….................................... 113 Bảng 4.4 Bộ qui luật thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 ống thổi khí e trong hệ MCBK kép đối với cường độ SXK sau hệ MCBK khi A=0,5 m và VƩ=80 l/ph …………………….................. 117 Bảng 4.5 Bộ qui luật thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của chiều dầy MCBK đến cường độ SXK sau MCBK khi cố định tỷ lệ thể tích bọt khí trong môi trường MCBK V=40 l/ph/ống; A=0,5 m và e=0,05 m ...... 122 Bảng 4.6 Bảng tổng hợp hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt SXK trong nước phía sau (hệ) MCBK phụ thuộc theo thông số (hệ) MCBK .... 125 Bảng 4.7 Tổng hợp giá trị áp suất dư lớn nhất tại các điểm đo khi nổ các lượng nổ lớn ngoài thực địa ……..................................................... 130
xv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Lượng nổ đặt lơ lửng trong môi trường nước ............................... 6 Hình 1.2 Lượng nổ đặt trên mặt đáy nước .................................................. 7 Hình 1.3 Lượng nổ đặt trong đất đá dưới đáy nước .................................... 7 Hình 1.4 Sơ đồ phân bố bề mặt SXK khi nổ lượng nổ đặt trên nền đất đá đáy nước .......................................................................................... 12 Hình 1.5 Sự suy giảm nhanh của cường độ sóng tới khi đi qua khe nứt ............ 14 Hình 1.6 Sự hình thành bóng khí hoặc MCBK trên bề tự do của khối đá khi nổ dưới nước để nâng cao hiệu quả nổ phá ……………….... 16 Hình 1.7 Giảm sức kháng của nước bằng nhóm lượng nổ phụ đặt trên đáy nước ................................................................................................. 17 Hình 1.8 Giải pháp làm tăng hiệu quả nổ phá kết cấu dưới nước bằng việc sử dụng khối vật liệu có độ cứng truyền âm thấp ốp phía đối diện phễu phá hủy .................................................................................... 17 Hình 1.9 Sơ đồ giải pháp tạo buồng khí dưới nước bằng lượng nổ phụ để điều khiển nổ văng định hướng đất đá về hai phía dưới nước ........... 18 Hình 1.10 Sử dụng MCBK để giảm SXK gây ra bởi vụ nổ khi phá bỏ khối đá ngăn kênh dẫn nước với hồ chứa của Công ty điện lực Ontario …………………………………………………………… 19 Hình 1.11 Hình ảnh quá trình nghiên cứu thực nghiệm nổ dưới nước tại vùng biển Quảng Ninh ..................................................................... 23 Hình 1.12 Một số hình ảnh ứng dụng nổ mìn dưới nước ở nước ta …........ 25 Hình 2.1 Dạng biểu đồ biến thiên áp suất tại một điểm cố định trong không gian khi SXK đi qua …………………….............................. 31 Hình 2.2 Sơ đồ giải thích sóng phản xạ từ đáy nước ................................... 33
xvi Hình 2.3 Sự phụ thuộc của mật độ môi trường nước chứa bọt khí theo tỷ lệ thể tích bọt khí αk0 và áp suất ở chiều sâu nước khảo sát w=1 m 39 Hình 2.4 Sự phụ thuộc của tốc độ truyền âm của môi trường nước chứa bọt khí theo tỷ lệ thể tích bọt khí αk0 và áp suất ở chiều sâu nước khảo sát w=1 m ................................................................................ 40 Hình 2.5 Sự phụ thuộc của độ cứng truyền âm của môi trường nước chứa bọt khí vào tỷ lệ thể tích bọt khí αk0 và áp suất ở chiều sâu nước khảo sát w=1 m ........................................................................................................... 40 Hình 2.6 Sự phụ thuộc của áp suất vào mật độ riêng trong môi trường hỗn hợp nước - bọt khí với các tỷ lệ thể tích bọt khí αk0 khác nhau 40 Hình 2.7 Mô hình phân rã sóng tới tại mặt phân cách giữa hai môi trường 41 Hình 2.8 Mô hình tương tác của sóng nổ cầu với MCBK đơn trong môi trường nước vô tận ........................................................................... 44 Hình 2.9 Khảo sát Z1-Z2 với αk0 = (0..1) và p = (pmn..1000) MPa ................ 51 Hình 2.10 Mô hình tương tác của sóng nổ cầu với hệ MCBK trong môi trường nước vô tận .......................................................................... 53 Hình 2.11 Hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt sóng nổ cầu lan truyền trong nước do tác dụng của MCBK thay đổi theo αk0 và γ ................ 58 Hình 2.12 Sơ đồ (t-X) mô tả các sóng hình thành trong lần phân rã đầu tiên khi sóng phẳng 0 tương tác với MCBK đơn trong môi trường nước vô tận ..................................................................................................... 60 Hình 2.13 Sơ đồ (t-X) mô tả các sóng hình thành trong lần phân rã đầu tiên khi sóng phẳng 0 tương tác với hệ N MCBK trong môi trường nước vô tận ...................................................................................... 62 Hình 3.1 Trạm cấp khí nén trên bờ ............................................................ 72 Hình 3.2 Giàn thổi khí ............................................................................... 73 Hình 3.3 Vật liệu nổ dùng trong thí nghiệm nổ mô hình ............................. 75
xvii Hình 3.4 Các máy đo động đa kênh sử dụng trong thí nghiệm ................. 76 Hình 3.5 Đầu đo áp suất SXK trong nước PCB 138A01, 138A05 .................. 76 Hình 3.6 Mô hình nghiên cứu thực nghiệm về sự suy giảm cường độ SXK trong nước khi gặp MCBK .............................................................. 78 Hình 3.7 Sơ đồ bố trí các đầu đo áp suất SXK trong bể thử nghiệm ........... 79 Hình 3.8 Hình ảnh thực tế của bể thử nghiệm đã bố trí các đầu đo, lượng nổ và giàn thổi khí ............................................................................ 79 Hình 3.9 Sơ đồ bố trí thí nghiệm nổ trong môi trường nước lớn (vô tận).. 82 Hình 3.10 Ảnh thực tế thử nghiệm nổ trong môi trường nước lớn ............ 85 Hình 3.11 Đồ thị áp suất dư của sóng nổ của thí nghiệm có mã CS_1 ............ 85 Hình 3.12 Đồ thị áp suất dư của sóng nổ của thí nghiệm có mã CS_4 ............ 86 Hình 3.13 Đồ thị so sánh kết quả thực nghiệm với các qui luật thực nghiệm do Cole R.H. và Xalamakhin T.M. đề xuất ......................... 87 Hình 3.14 Hình ảnh thí nghiệm nổ trong bể thử nghiệm ........................... 89 Hình 3.15 Đồ thị áp suất dư trên mặt sóng nổ của các đầu đo 1-8 đối với thí nghiệm có mã 6_5_p4 ................................................................. 89 Hình 3.16 Đồ thị so sánh qui luật phụ thuộc của áp suất dư tương đối trên mặt sóng nổ theo khoảng cách tương đối trong bể thử nghiệm và trong môi trường nước vô tận .......................................................... 90 Hình 3.17 Đồ thị áp suất dư trên mặt sóng nổ tại vị trí đầu đo số 3 (sau MCBK) và số 4 (phía không có MCBK) tại vị trí cùng cách lượng nổ một khoảng R=0,8 m của thí nghiệm nổ trong bể có mã 6_5_p15 93 Hình 4.1 Đồ thị thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí (thông qua lưu lượng cấp khí) trong MCBK đơn đến cường độ SXK sau MCBK khi A=0,5 m ......................................................... 107 Hình 4.2 Đồ thị thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của khoảng cách từ MCBK đơn đến lượng nổ đối với cường độ SXK sau MCBK khi VƩ=40 l/ph 110
xviii Hình 4.3 Đồ thị thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích bọt khí trong MCBK kép (thông qua lưu lượng cấp khí VƩ) đối với cường độ SXK sau MCBK khi A=0,5 m và e=0,15 m ............................... 112 Hình 4.4 Đồ thị thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của khoảng cách giữa 2 ống thổi khí trong hệ MCBK kép đối với cường độ SXK sau hệ MCBK khi A=0,5m và VƩ = 80 l/ph ................................................ 115 Hình 4.5 Đồ thị thực nghiệm xác định hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt SXK trong nước sau hệ MCBK kép khi A=0,5 m; VƩ=80 l/ph và thay đổi khoảng cách giữa 2 ống thổi khí e .................................. 116 Hình 4.6 Đồ thị phụ thuộc thực nghiệm của hệ số suy giảm áp suất dư trên mặt SXK trong nước sau hệ MCBK kép theo khoảng cách giữa hai ống thổi khí tương ứng với phạm vi khoảng cách từ điểm khảo sát đến tâm nổ (50÷125).r0 và (125÷225).r0 ..................................... 119 Hình 4.7 Đồ thị thực nghiệm mô tả ảnh hưởng của chiều dầy MCBK đến cường độ SXK sau MCBK khi cố định tỷ lệ thể tích bọt khí trong môi trường MCBK V = 40 l/ph/ống và A=0,5 m; e=0,05 m ............ 121 Hình 4.8 Sơ đồ đề xuất kết cấu hệ thống thiết bị tạo MCBK làm suy giảm cường độ SXK trong môi trường nước ............................................ 128 Hình 4.9 Biểu đồ áp suất dư của các đầu đo ở hai phía có MCBK và không có MCBK nằm đối xứng nhau qua tâm nổ ........................... 131 Hình 4.10 Biểu đồ áp suất dư của các đầu đo ở hai phía có MCBK và không có MCBK nằm đối xứng nhau qua tâm nổ của vụ nổ 63,3 kg thuốc nổ ...................................................................................... 132