Анализ версий взрывов

"Мы живем в условиях угрожающего распространения терроризма. А значит - необходимо объединение всех сил общества и государства для отпора внутреннему врагу. У этого врага нет совести, жалости и чести. Нет лица, национальности и веры."
(из телеобращения президента России Б.Н.Ельцина, 14 сентября 1999 года)

Бытовой взрыв или террористический акт? От быстрого и правильного ответа на этот вопрос зависят действия правоохранительных органов, подразделений ГО и ЧС, коммунальных служб города, медицинских учреждений, городских властей и даже властей федерального уровня. Специалисты НТЦ "Взрывоустойчивость" отвечают на этот вопрос с помощью точных математических расчетов

Рано утром, в 5 часов 02 минуты, на Каширском шоссе взлетел на воздух и. полностью разрушен восьмиэтажный дом. У специалистов, оперативно прибывших на место происшествия, нет никаких сомнений, что это теракт"
["Известия", 14 сентября 1999 года].

"8 сентября 1999 года в 23 часа 58 минут в "спальном" районе Печатники в результате мощнейшего взрыва взлетело на воздух и полностью уничтожено 2 подъезда 9-этажного жилого дома по улице Гурьянова"
[ИТАР-ТАСС, 9 сентября 1999 года].

Взрыв в Волгодонске 16.09.99 года

В результате произведенного террористами взрыва во дворе жилого дома в г. Волгодонске образовалась воронка взрыва радиусом (В) 6,5 м и видимой глубиной (Н) 3,5 м. Жилое панельное здание, находившееся в 15м от центра воронки, получило сильные повреждения. Все стеновые панели многоэтажного дома, обращенные в сторону центра взрыва, были разрушены и отвалились от остальной части дома, однако сам дом устоял.
Существуют две версии причины взрыва.
Первая из них предполагает, что ВВ было заложено в канализационном колодце, который находился под автомобилем ГАЗ-54. Согласно второй версии ВВ могло быть взорвано в самом автомобиле.

Версия взрыва в канализационном колодце

Предположим, что ВВ было заложено в канализационном колодце.
Сделаем предварительную оценку значения показателя взрыва n:

где В - радиус воронки; h - линия наименьшего сопротивления (глубина заложения заряда); Н - глубина воронки.
Видимая глубина воронки Н всегда меньше h - линии наименьшего сопротивления, которая может быть на 3-10°о больше, чем Н. Используя данные табл. II (из книги В. Н. Родионова и др. "Механический эффект подземного взрыва". М.: Недра, 1971), видим, что наиболее близким по значению n является взрыв, произведенный в глинистом грунте. При этом взрыве был взорван заряд ВВ весом 0,115 т на глубине h =2,65 м, в результате чего образовалась воронка радиусом В =4,8 м. Применив закон геометрического подобия, найдем значение h при взрыве в г. Волгодонске:

Окончательно оцениваем значение показателя взрыва в г. Волгодонске:

"Общее число пострадавших при взрыве в городе Волгодонске Ростовской области достигло 310 человек. По сведениям регионального Северокавказского центра по делам ГО и ЧС, 17 человек погибло, из них - двое детей..."
("Российская газета", 17 сентября 1999 года)

Следовательно, в нашей версии показатель взрыва n =1,81. Это позволяет легко установить энергию взрыва в тротиловом эквиваленте, предположив, что взрыв был произведен в колодце:

Произведем оценку значений параметров воздушной ударной волны (ВУВ), образующейся при прорыве продуктов взрыва через поднимающийся с большой скоростью грунтовый купол. К сожалению, в обширной литературе о взрывах на выброс в грунтах полностью отсутствуют данные о параметрах ВУВ при прорывах газов, находящихся под поднимающимся куполом.
Поскольку при подъеме площадь внутренней поверхности купола за счет изгиба вверх постоянно увеличивается, в грунте возникают растягивающие напряжения и при деформации грунта около 2-3 % в нем развивается сеть трещин. В глинистых пластичных грунтах это происходит позже, а в аллювии - раньше. Через эти трещины продукты взрыва прорываются в атмосферу.
В момент прорыва газов скорость подъема купола начинает уменьшаться. При значении максимальной скорости подъема купола, когда его ускорение равно нулю, давление внутри полости образующейся воронки и вес купола уравновешены, и это дает возможность определить давление продуктов взрыва в данный момент.
Найдем объем воронки под куполом, равный, как принято считать, объему опрокинутого конуса с высотой, равной h, и основанием, равным площади горизонтального сечения воронки на уровне дневной поверхности.

Волгодонск расположен в степной зоне. В районе преобладают слабо- и средневодонасыщенные суглинки и глины с объемным весом y=l,8 тс/м^3 Исходя из этого, определим вес грунта в куполе, равный произведению объемного веса грунта на объем грунта в воронке, поднимаемый куполом:

Найдем площадь горизонтального сечения воронки на уровне дневной поверхности:

Значение избыточного давления, которое уравновешивает вес грунтового купола, определяется по формуле:

В момент прорыва газов через толщу купола происходит распад произвольного разрыва вследствие различий давления и температуры в продуктах взрыва и в атмосфере.
Решая задачу о распаде произвольного разрыва, получаем для рассматриваемой версии взрыва значение избыточного давления на внешней поверхности купола, равное 15 кПа. На расстоянии 15 м до стены ближайшего жилого дома избыточное давление составит около 6,5 кПа. При таком значении избыточного давления, воздействующего на здание, кроме разрушения стекол, других более тяжких разрушений быть не могло. Поэтому можно уже говорить о том, что версия взрыва в колодце отпадает.
Оценим количество энергии, содержавшейся под куполом в момент прорыва продуктов взрыва в атмосферу. В этот момент, как показывают произведенные оценки с учетом того, что при развитии купола под ним образовалось дополнительное пространство в виде шарового сегмента, объем газов примерно в 1,5 раза превышает объем ранее вычисленного грунтового конуса и составляет около 240 м^3.
Количество энергии, содержащейся в продуктах взрыва, находим из выражения
где p0- атмосферное давление, k - показатель адиабаты.
В тротиловом эквиваленте, учитывая, что 1 кг тротила эквивалентен 4240 кДж, это составляет 23,15 кг.
Оценим долю энергии, приходящуюся на продукты взрыва в момент их прорыва через купол:
При показателях воронки, наиболее часто используемых при взрывах на выброс (n = 1-2), эта доля в широком диапазоне изменения весов зарядов от 0,1 до 981 те находится в пределах 4-11 %. Именно эта доля энергии тратится на образование ВУВ.
Представляет интерес, какова была максимальная скорость подъема купола vm:

где Е - вес заряда, кгс (энергия взрыва в тротиловом эквиваленте); h - глубина заложения заряда, м

Удары по зданию комьями грунта, летящими со скоростью 69,5 м/с, могли произвести большие разрушения, однако они не могли произвести те разрушения, которые фактически имели место.
Учитывая все вышесказанное, приходим к выводу, что версия взрыва в канализационном колодце неверна.

Версия взрыва в автомобиле ГАЗ-54

Согласно второй версии взрыва в г. Волгодонске взрывчатое вещество (ВВ) было заложено в автомобиле ГАЗ-54.
При наземном взрыве заряда ВВ на поверхности грунта согласно методике ВИА им. В.В. Куйбышева радиус воронки В=0,84*С^1/3. Отсюда вес заряда (полная энергия взрыва в тротиловом эквиваленте) по известному значению В=6,5 м вычисляется по формуле:

При наземном взрыве 15-18% энергии заряда уходит на образование воронки и рыхление грунта. Следовательно, только 85-82% используется на создание ВУВ. Таким образом, Сув = 0,82 х 463 = 380 кгс.
Приведенные расстояния при наземном взрыве находятся из зависимости

где R - расстояние от центра заряда. Расстояния от центра взрыва до различных этажей жилого дома были различны, как и углы встречи фронта ВУВ с поверхностью стены на уровне разных этажей. Поэтому возникла задача о косом отражении ВУВ.
Избыточные давления на фронте волны рассчитывались по формуле М. А. Садовского, а значения отраженного под разными углами встречи избыточного давления - по алгоритму Фридрихса и Куранта. Согласно вьшолненному расчету значения были равны 302 кПа на первом этаже и 35 кПа на шестнадцатом этаже, а значения - соответственно 1147 и 56 кПа.
Длительность действия положительной фазы ВУВ оценивалась по формуле

Так, на расстоянии 15 мот центра взрыва на первом этаже время действия волны составило 17,55 мс (эффективное время действия 8,95 мс), а на расстоянии 43 м на уровне шестнадцатого этажа - 39,6 мс (эффективное время 29,8 мс).
Эти значения сравниваем с периодами собственных колебаний плит - стеновых панелей Тпл и самого здания как целого Tзд. Период собственных колебаний железобетонной плиты с размерами 0,15х2,7 х4м с учетом ослабления оконными проемами составляет около 60 мс. Таким образом, нагрузка на панели должна рассчитываться как импульсивная. Период собственных колебаний многоэтажного здания как целого составляет около 3000 мс, следовательно, устойчивость его также определяется импульсивной нагрузкой.
Эквивалентная статическая нагрузка при воздействии импульсивной нагрузки определяется как произведение удельного импульса на частоту собственных колебаний:

Так как удельный импульс, действующий на каждом этаже на панели и на все здание, один и тот же, то эквивалентная статическая нагрузка, передающаяся на панели и на все здание, будет обратно пропорциональна периодам их собственных колебаний, то есть нагрузка на панели будет в 50 раз больше (3000/60), чем на все здание. Это приведет к тому, что стеновые панели разрушатся, тем самым спасая все здание от возможного опрокидывания.
В действительности так оно и произошло: стеновые панели от первого и до последнего этажа разрушились, а весь дом устоял на месте. (В данном случае стеновые панели в отношении всего здания сыграли роль защитного разрушающегося экрана).
Произведенные расчеты показывают, что более правдоподобна версия врыва ВВ в автомобиле.

Взрыв в доме 6, корпус 3 по Каширскому шоссе 13.09.99 г.

"Мощность взрыва в доме 6, корп. 3 на Каширском шоссе была такой, что от дома остались только обломки. Заряд взрывчатки составлял от 200 до 250 кгс тротила. При этом характер разрушений соседних домов (в большинстве из них лишь выбиты стекла) позволяет однозначно утверждать, что взрыв был не объемный, следовательно, заряд был заложен в подвале здания..." (Из интервью руководителя НТЦ "Взрывоустойчивость" академика А. Мишуева российским СМИ)

Взорванный восьмиэтажный кирпичный дом располагался в квартале, ограниченном с севера Хлебозаводским проездом и с востока Каширским шоссе (см. схему расположения на рис. 1). Квартал застроен 8- и 9-этажными кирпичными зданиями за исключением 2-этажных: д. 6, к. 4 (детского сада) и д. 8, к. 5, а также одного пятиэтажного здания школы № 543 (д. 6, к. 2). Основания 2-этажных зданий расположены на террасе, возвышающейся над остальной площадью квартала примерно на 1,8-1,9 м.
Квартал озеленен высокими деревьями высотой до четвертого-пятого этажей. В середине квартала находится пятиэтажное здание -д. 6, к. 2 (школа № 543). Взорванное здание по Каширскому шоссе, д. 6, к. 3 занимает в квартале несколько смещенное на запад положение от центра квартала.

Общий анализ состояния территории квартала и происшедшего взрыва

По всей площади квартала во всех направлениях поверхность земли покрыта большим количеством обломков кирпича и бетонных конструкций. Наибольшая плотность рассеяния обломков наблюдается в направлении д. 6, к. 4 и в промежутке между зданиями д. 8, к. 4 ид. 8, к. 3. Это дает основание предполагать, что центр взрыва находился в юго-восточной части здания д. 6, к. 3. Все стены соседних домов, обращенные к центру взрыва, покрыты мелкодисперсной оранжевой кирпичной пылью. Эта же пыль осела на листьях деревьев и налипла на их стволах, особенно со стороны центра взрыва. Такая запыленность характерна после взрывов взрывчатых веществ (ВВ), обладающих большим бризантным (дробящим) действием, и практически отсутствует при взрывах газовоздушных смесей, которые ввиду невысоких давлений, развивающихся при внутренних взрывах (10-15 кПа), бризантным действием не обладают. Например, при наземных дефлаграционных и детонационных взрывах газопаровоздушных смесей (ГПВС) воронка взрыва не образуется.
На этом основании был сделан однозначный вывод: происшедший взрыв — это диверсионный взрыв ВВ.
Взрывная волна имеет сферическую форму, а при наземном взрыве - полусферическую. Учитывая то, что разрушения остекления, в основном, находились на первых этажах окрестных домов, делаем вывод, что центр взрыва находился на уровне первого этажа здания д. 6, к. 3 либо в его подвале. В этом случае все расстояния от центра взрыва имеют наименьшие значения на уровне поверхности земли, а давления в воздушной ударной волне (ВУВ)- наибольшие значения.

Оценка энергии взрыва

Взрыв произошел внутри здания, поэтому заранее можно было ожидать, что на долю воздушной ударной волны вне взорванного здания придется небольшая часть энергии взрыва. Наиболее достоверная оценка могла быть проведена по разрушениям остекления на стене здания д. 6, K.I, обращенной к центру взрыва. Причем на пути распространения ВУВ по этому направлению нет никаких зданий. Разрушение остекления на указанной стене соответствуют воздействию отраженной волны интенсивностью около 10 кПа. Следовательно, в проходящей волне было примерно 5 кПа. Расстояние от центра взрыва до рассматриваемой стены - 84 м. Эти данные позволяют оценить значение энергии в тротиловом эквиваленте, пришедшейся на долю ВУВ.
Для определения приведенного расстояния R при наземном взрыве используем формулу

Отсюда энергия образования ВУВ составляет:

При давлении на фронте проходящей волны 5 кПа, приведенное расстояние равно R = 19,55 м/кгс^1/3. Таким образом, Сув=39,66=40 кгс.
Полную энергию взрыва оценим по формуле, приведенной в "Единых правилах безопасности при ведении взрывных работ":

Согласно "Единым правилам безопасности при взрывных работах" в случае полного разрушения остекления, частичном повреждении рам, дверей, нарушении штукатурки и внутренних легких перегородок коэффициент К при заряде, заглубленном на свою высоту, имеет значение К = 2-4. Если заряд расположен на поверхности земли, указанный коэффициент имеет значение К = 8-10. В данном случае целесообразно принять значение К = 6. Тогда полная энергия взрыва:

Таким образом, на образование внешней ВУВ израсходовано около 20°о полной энергии взрыва, а на разрушение здания - 80% от полной энергии взрыва.

О природе примененного взрывчатого вещества (ВВ)

По последним данным, в рассматриваемом случае для взрыва использовался состав аммиачной селитры (20%) и тротила (80%), перемешанного с сахарным песком. Использование сахарного песка имеет значение не только для маскировки ВВ. При взрыве ВВ сахарный песок служит своего рода забивкой (забойкой), обеспечивающей полноту реагирования всей массы ВВ. Кроме того, сахарный песок, превращенный в пудру при взрыве ВВ и пришедший в контакт с кислородом воздуха, взрывается сам. Этот пылевой взрыв мелкодисперсного органического горючего вещества усиливает метательное (разбрасывающее) действие взрыва.
Такая комбинация ВВ и горючего вещества была, по-видимому, отработана заранее. Можно ожидать и другие комбинации, например, с угольной пылью, мукой, алюминиевым порошком и т.п.

Влияние на характер разрушений взаимного экранирования соседних зданий и зеленых насаждений

В момент обследования последствий взрыва было установлено, что высота нагроможденных остатков взорванного здания в северной его части достигала высоты четвертого этажа соседнего девятиэтажного дома (д. 4, к. 3), а в южной части - высоты второго этажа. Это указывает на то, что заряд был расположен в юговосточной части здания д. 6, к. 3. На всей площади квартала действие ударной волны было несколько ослаблено кроной больших деревьев.
В табл. 1 приведены параметры ВУВ для наземного взрыва ВВ (тротила) весом 40 кг на открытой местности, на расстояниях, привязанных к отдельным углам зданий, расположенных в квартале, подвергшемся воздействию ВУВ (см. рис. 1).


В табл. 1 точка "О" - это центр взрыва. Расстояния от центра взрыва до точек, указанных на рис. 1, определены по Атласу Москвы. Избыточные давления Дрд, на фронте ВУВ рассчитаны по формуле М.А. Садовского, написанной для удобства вычислений в форме Горнера:

где R -приведенноерасстояние,м/кгс^1/3. Значения скоростного напора qф на фронте волны рассчитаны по формуле

Отраженное давление определялось по выражению

Приведенные в табл. 1 значения параметров воздушной ударной волны имеют оценочный характер. Они справедливы для ровной открытой местности. На фактическое распределение параметров ВУВ оказало сильное влияние взаимное экранирование зданий и растущие на территории площадки большие деревья с неопавшей листвой. Тем не менее данные табл. 1 позволяют ориентироваться в порядке величин и потому полезны при анализе характера разрушений и выявлении аномалий.
Поскольку тротиловый эквивалент по ударной волне равен 40 кгс, время действия положительной фазы ВУВ Т^ очень мало и составляет, например, на расстояниях 18 и 100 м от центра взрыва соответственно 7,8 и 18,5 мс.
Это означает, что разрушение зданий, которые обладают периодом собственных колебаний более 1000 мс (существенно больше времени действия положительной фазы волны), будет зависеть от величины импульса в ВУВ, а разрушение стекол, период колебаний которых мал, - от величины избыточного давления в ВУВ.
Удельный импульс ударной волны, определяемый по зависимости

составляет на расстояниях 18и100м соответственно 325 и 58 Па. Этот удельный импульс мал и зданию повредить не может.
Здания, расположенные по соседству со взорванным зданием д. 6, к. 3, получили в основном повреждения остекления, и только на близких дистанциях (д. 8, к. 4) повреждены затекшей ударной волной внутренние перегородки. Остекление окон, не находившихся в геометрической тени впереди стоящих зданий, подверглось разрушению совместным действием летящих осколков кирпичной кладки и избыточного давления ВУВ. Отдельные здания, имевшие стены, перпендикулярные к направлению движения ВУВ, подверглись воздействию отраженной волны (Г-образные стены в плане д. 4, к. 3; д. 4, K.I ид. 6, к. 1).

О характере разрушения

Исследования, проведенные в МГСУ по закономерностям разрушения остекления, показали, что они имеют вероятностный характер и подчинены закону распределения Вейбула. Это связано с тем, что стекло, изготовленное из силикатного песка различных карьеров, имеет разные прочностные данные. В технологическом процессе изготовления, перевозки и установки стекло получает различные микротрещины, которые его ослабляют.
Характер разрушения зависит от толщины стекла, формы и размеров листа, от способа крепления стекол (на клямерах, штапиках, замазке), а также от рядности остекления. Двойное и тройное остекление значительно прочнее одинарного.
Для значительного повышения устойчивости остекления в домах может быть рекомендовано применение рам с мелкими ячейками, Такая мера эффективна в жилых домах и на производствах, где не образуются взрывоопасные смеси.
Обследование последствий теракта на Каширском шоссе показало, что при воздействии короткой, движущейся по поверхности стекла воздушной ударной волны, сопротивляемость стекла разрушению возрастает. (Это видно на примере остекления фасада школы № 543, где на верхних этажах оно осталось целым при воздействии набегающей волны интенсивностью 15...7 кПа.)

Обследование показало, что взрыв в здании по Каширскому шоссе, д. 6, к. 3 является следствием террористического акта.
Центр взрыва располагался на первом этаже в юго-восточной части здания, что привело к несимметричному характеру разрушений.
Основной и массовый характер разрушений в соседних домах - это разрушение остекления, чрезвычайно опасное в зимнее время, ведущее к размораживанию систем водяного отопления и выводу их из строя на длительное время.
Разрушение остекления наблюдается в основном на нижних этажах и на стенах, обращенных к центру взрыва, которые подвергались также воздействию потока обломков кирпича.
Стекла в рамах, имевших ячейки меньшей площади (открывающиеся боковые фрамуги, окна школы № 543), во многих случаях остались целыми.
Полная энергия взрыва в тротиловом эквиваленте оценивается примерно в 200 кг, из них около 40 кг перешло в энергию ВУВ. Взрывчатое вещество по ряду признаков являлось смесью аммиачной селитры и тротила, смешанных с сахарным песком. Сахарный песок увеличивает полноту энерговыделения тротила и усиливает метательное действие взрыва

Статья опубликована на сайте: 31.07.2000