Воздействие воздушных ударных волн на окружающую среду

По мере удаления от центра взрыва воздушная ударная волна поражает людей, разрушает или повреждает здания, сооружения, технику и имущество. Поражение людей может быть непосредственным и косвенным.

Непосредственное поражение воздушной ударной волной возникает в результате воздействия избыточного давления и скоростного напора. Ввиду небольших размеров тела человека ударная волна мгновенно охватывает человека и подвергает его сильному сжатию в течение нескольких секунд. Мгновенное повышение давления воспринимается живым организмом как резкий удар. В тоже время, скоростной напор создает значительное лобовое давление, которое может привести к перемещению тела в пространстве.

Косвенное поражение люди и животные могут получать в результате ударов обломками разрушенных зданий или сооружений, или в результате ударов, летящих с большой скоростью, осколков стекла, шлака, камней, дерева и других предметов. Например, при избыточном давлении на фронте воздушной ударной волны 35 кПа плотность летящих осколков достигает 3500 шт./м² при средней скорости их перемещения 50 м/с.

Поражение людей обломками зданий, особенно осколками стекол, наблюдается на расстояниях, где избыточное давление на фронте воздушной ударной волны превышает 2 кПа.

Воздействие воздушной ударной волны на незащищенных людей характеризуется легкими, средними, тяжелыми и крайне тяжелыми травмами (см. приложение 7).

Сопротивляемость зданий и сооружений к воздействию воздушной ударной волны зависит от их конструкции, размеров и других параметров.

Наибольшим разрушениям подвергаются здания и сооружения больших размеров с легкими несущими конструкциями, значительно возвышающимися над поверхностью земли, а также немассивные бескаркасные сооружения с несущими стенами из кирпича и блоков. Подземные и заглубленные в грунт сооружения, а также массивные малоразмерные здания и сооружения с жесткими несущими конструкциями, обладают значительной сопротивляемостью воздушной ударной волне.

Для сооружений и оборудования, быстро обтекаемых воздушной ударной волной (опоры, дымовые трубы, антенны, станки и трансформаторы и т. п.), наибольшую опасность представляет скоростной напор воздуха, движущийся за фронтом воздушной ударной волны. Давление скоростного напора DР_скзависит от избыточного давления DР_фи может быть определено по формуле:

, кПа (2.8)

График зависимости DР_скот DР_фприведен на рис. 7.

При воздействии скоростного напора на объекте возникает смещающая сила, которая может вызвать: смещение оборудования относительно основания (фундамента) или его отбрасывание, опрокидывание оборудования; ударные перегрузки, т.е. мгновенное инерционное разрушение элементов оборудования, зданий и т.д.

Общую оценку разрушений, вызванных воздушной ударной волной взрыва, принято давать по тяжести этих разрушений и подразделяют на четыре степени: слабые, средние, сильные, полные. Характеристика степеней разрушений зданий, сооружений, оборудования, транспорта, инженерных коммуникаций и др. изложена в приложении 11.

При слабых разрушениях, как правило, здания, оборудование, техника и т.п. не выходят из строя, их можно эксплуатировать сразу или после незначительного (текущего) ремонта.

Средние разрушения вызывают разрушения второстепенных элементов, возможную деформацию и частичное повреждение основных элементов. Восстановление возможно силами предприятия путем проведения среднего или капитального ремонта.

Сильные разрушения характеризуются значительной деформацией или разрушением основных элементов зданий, оборудования, техники, инженерных коммуникаций и т.д. Восстановление возможно, но нецелесообразно, так как практически сводится к новому строительству с использованием некоторых сохранившихся конструкций.

При полных разрушениях в зданиях и сооружениях разрушаются все основные несущие конструкции и обрушаются перекрытия. Восстановление невозможно. Оборудование, средства механизации и техника восстановлению не подлежат.

Степень разрушения конкретного типа здания, сооружения или оборудования при воздействии воздушной ударной волны определяется по приложению 9 в зависимости от величины избыточного давления DР_ф.

Указанные в приложении минимальные и максимальные значения избыточного давления, вызывающие ту или иную степень разрушения, учитывают возможные различия в конструкции сооружений, их ориентацию по отношению к направлению распространения воздушной ударной волны, длительность их эксплуатации, условия строительства и другие факторы. При этом верхний (максимальный) предел диапазона относят к большей степени разрушения. Например, на здание из сборного железобетона воздействует воздушная ударная волна с DР_ф=20 кПа. Из приложения 9 этой величине DР_ф соответствует верхний предел слабых разрушений (10…20) и нижний предел средних разрушений (20…30). Следовательно, здание из сборного железобетона может получить средние разрушения.

Таким образом, в результате взрыва взрывчатых веществ на местности образуется очаг поражения – это ограниченная территория, в пределах которой в результате воздействия поражающих факторов произошли массовая гибель или поражения людей, животных и растений, разрушены и повреждены здания и сооружения, а также элементы окружающей среды.

Граница очага поражения проходит через точки на местности, где избыточное давление на фронте воздушной ударной волны DР_ф=10 кПа.

Для определения возможного характера разрушений и установления объема спасательных и других неотложных работ, обусловленных воздействием воздушной ударной волной, очаг поражения условно делят на четыре зоны: полных, сильных, средних и слабых разрушений.

В качестве критерия для определения границ зон разрушений принято избыточное давление на фронте воздушной ударной волны (см. рис. 8):

· зона полных разрушений, с внешней границей на расстоянии R₅₀, возникает там, где DР_ф ³50 кПа (до 12% площади очага поражения);

· зона сильных разрушений, с внешней границей на расстоянии R₃₀, образуется при 50>DР_ф ³30 кПа (около 10% площади очага поражения);

· зона средних разрушений, с внешней границей на расстоянии R₂₀, характеризуется избыточным давлением 30>DР_ф ³20 кПа (на ее долю приходится до 18% площади очага поражения);

· зона слабых разрушений, с внешней границей на расстоянии R₁₀ (она же граница очага поражения), создается избыточным давлением 20>DР_ф ³10 кПа (занимает до 60% площади очага поражения).

За пределами зон разрушений очага поражения здания и сооружения могут получать незначительные повреждения: разрушение остекления, повреждение оконных рам, дверей, кровли и др.

Классификация степени разрушений зданий и сооружений при производственных авариях и стихийных бедствиях показана в приложении 10.