3.5. Kiểm chứng chương trình xây dựng mơ hình vật liệu cho cát san hơ
3.5.2. Khi vụ nổ xảy ra trong khơng khí
3.5.2.1. Mơ hình nghiên cứu
Để nghiên cứu các tham số sóng nén trong mơi trường san hơ lẫn vụn cành bão hịa nước khi vụ nổ xảy ra trong khơng khí, tác giả sử dụng mơ hình thí nghiệm như Hình 3.17. Thùng thép kích thước (0,8x0,8x1,6m) chứa san hô bão hịa nước được chơn trong đất, hàn kín để tránh hiện tượng thấm nước ra bên ngồi. San hơ đổ vào thùng theo từng lớp, tiến hành đầm theo quy trình hiệu chuẩn mẫu đảm bảo độ chặt giống thực tế. Lượng nổ thí nghiệm được treo giữa tâm thùng và cách thùng 1,0m. 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 0,965 0,97 0,975 0,98 0,985 0,99 0,995 1 Áp lực sóng nổ [K Pa] Thời gian [s] Đầu đo số 1 Đầu đo số 2 Đầu đo số 3
Hình 3.17. Mơ hình nghiên cứu sóng nén trong mơi trường san hơ khi vụ nổ xảy ra trong khơng khí
3.5.2.2. Mơ phỏng số bằng AutoDyn3D
Mơ hình được dùng để tính tốn mơ phỏng phù hợp với mơ hình thí nghiệm tại hiện trường. Mơ hình mơ phỏng AutoDyn3D được thể hiện như trên Hình 3.18.
Để mơ phỏng số trong AutoDyn3D bài tốn trên, mơ hình vật liệu của đất xung quanh thùng lấy theo [25], mơ hình vật liệu của cát san hơ lẫn cành vụn bão hịa nước nhận được từ chương trình MCORAL. Thực hiện mơ phỏng số với các lượng nổ 100g, 200g TNT, các điểm Gauges để lấy thơng số sóng nén từ kết quả mơ phỏng có vị trí và khoảng cách phù hợp với vị trí đặt các đầu đo áp lực trong q trình thí nghiệm ngồi hiện trường.
Hình ảnh đường đồng mức áp suất của vụ nổ lấy từ kết quả mô phỏng số với đương lượng nổ khác nhau 100g và 200g TNT tại thời điểm 1 ms được thể hiện trên Hình 3.19. Biểu đồ áp lực sóng nén theo thời gian tại 3 điểm xem xét trong mơi trường san hơ bão hịa ứng với lượng nổ 100g, 200g TNT được thể hiện trên Hình 3.20 (a, b).
Hình 3.19. Mô phỏng vụ nổ với đương lượng nổ 100g (a), 200g (b) TNT tại thời điểm 1ms
a) b)
Hình 3.20. Biểu đồ áp lực sóng nén theo thời gian tại 3 điểm trong môi trường san hơ bão hịa nước ứng với lượng nổ 100g (a), 200g TNT (b)
3.5.2.3. Thí nghiệm tại hiện trường
San hơ dùng trong thí nghiệm được lấy từ các đảo san hơ xa bờ, lớp cát san hô lẫn cành vụn đảm bảo tính phổ biến của nền địa chất trong phạm vi xây dựng các cơng trình ngầm.
Thiết bị được dùng trong thí nghiệm bao gồm: Máy đo động NI SCXI- 1000DC (do hãng National Instrument của Mỹ chế tạo), đầu đo áp lực trong đất KDC-1MPA (hãng TML, Nhật chế tạo).
Trình tự thí nghiệm được tiến hành như sau: Lần lượt treo các khối thuốc nổ TNT 100g và 200g ở chính giữa phía trên, cách mặt trên của thùng đựng san hơ bão hịa nước 1m. Kích nổ chúng và ghi lại áp lực của sóng nổ trong mơi trường san hơ bão hịa nước nhờ 3 đầu đo KDC-1MPA đặt tại 3 điểm khác nhau. Biểu đồ áp lực sóng nén theo thời gian đã được ghi lại trong q trình thí nghiệm tại 3 điểm với các đương lượng nổ khác nhau thể hiện Hình 3.21.
Hình 3.21. Kết quả áp lực sóng nổ tại các điểm 1, 2, 3 tương ứng với lượng nổ 100g, 200g TNT
3.5.2.4. Phân tích và so sánh kết quả
Dựa vào kết quả nghiên cứu thể hiện trên các hình 3.20, hình 3.21 ta thấy rằng áp lực sóng nén trong mơi trường san hơ bão hịa nước tại 3 vị trí với các đương lượng nổ khác nhau nhận được từ mơ phỏng số bằng AutoDyn3D có qui luật khá tương đồng với kết quả thí nghiệm nổ ngồi hiện trường. Các giá trị áp lực sóng nén lớn nhất tại các điểm cụ thể trong bảng 3.9, bảng 3.10.
Bảng 3.9. Kết quả áp lực sóng nén lớn nhất tại 3 vị trí trong mơi trường san hơ bão hịa nước với lượng nổ 100 g TNT
Điểm đo Kết quả thí nghiệm (kPa)
Tính tốn mơ phỏng bằng Autodyn Giá trị (kPa) Sai số %
1 110,2 123,1 11,71 2 85,21 99,443 16,70 3 68,5 83,517 21,92 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Áp lực só ng n ổ (kP a) Thời gian (ms) Kết quả thí nghiệm nổ 200g TNT Điểm đo 1 Điểm đo 2 Điểm đo 3
Bảng 3.10. Kết quả áp lực sóng nén lớn nhất tại 3 vị trí trong mơi trường san hơ bão hòa nước với lượng nổ 200 g TNT
Điểm đo Kết quả thí nghiệm (kPa)
Tính tốn mơ phỏng bằng Autodyn Giá trị (kPa) Sai số %
1 171,63 193,63 12,82
2 132,05 152,51 15,49
3 102,7 123,7 20,45
Kết quả áp lực sóng nén lớn nhất tại các điểm xem xét khi tính bằng phần mềm AutoDyn3D có giá trị sát với kết quả thí nghiệm, sai số lớn nhất so với kết quả thí nghiệm là 21,92%, giá trị sai số nhỏ dần khi điểm xem xét càng gần tâm nổ.