Сопротивление грунтов сдвигу.
Главная страница.
Разное.
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика

Сопротивление грунтов сдвигу.

Основными факторами, определяющими сопротивление грунтов сдвигу, являются молекулярные и капиллярные силы сцепления, а также силы внутреннего трения. Молекулярные силы сцепления обусловлены сцеплением в точках контакта частиц и поверхностным натяжением воды, находящейся в порах грунта. Можно считать, что они не зависят от нормальной силы. Силы внутреннего трения между частицами возникают вследствие зацепления частиц друг за друга при сдвиге и при действии на грунт только нормальных нагрузок. Силы сцепления характерны в основном для связных грунтов типа глины, суглинка, ила. У грунтов с раздельно зернистым строением, песчаных и супесчаных силы сцепления незначительны, однако эти грунты обладают большими силами внутреннего трения.
В общем случае сопротивление грунтов сдвигу определяется действием обоих факторов, и максимальная сила сдвига в первом приближении может быть найдена из закона Кулона:
Зависимость силы сдвига Т от нормальной нагрузки N в реальных условиях показана на рис. 1. Кривая состоит из участка с большей кривизной и почти прямолинейного. Точка а соответствует нулевому значению нормальной силы. Положение точки а определяется только молекулярными силами сцепления. С увеличением нормальной нагрузки максимальная сила сдвига сначала резко возрастает, а затем интенсивность ее возрастания уменьшается.
Рис. 1. Зависимость силы сдвига от нормальной нагрузки.
Рис. 2 Напряжения, возникающие в грунте при сдвиге его грунтозацепами.
При движении трактора с нагрузкой грунтозацепы колеса или гусеницы сдвигают грунт в направлении, обратном движению трактора, и в сторону при повороте. При этом в плоскости взаимодействия движителя с грунтом возникают напряжение сдвига и и среза тср (рис. 2), обусловленные действием внешних сил. С увеличением этих сил напряжения сдвига возрастают до определенного предела, который определяется законом Кулона. Назовем этот предел силой трения покоя Та = Т^а* и для его определения воспользуемся упрощенной зависимостью:
Как видно из формулы (4), коэффициент трения покоя зависит от давления (с увеличением последнего он уменьшается). Иногда коэффициент трения покоя называют коэффициентом внешнего трения.
Когда внешние силы становятся равными силе трения покоя, возникает относительное перемещение. В этом случае имеет место трение скольжения. При этом сила трения скольжения:
Иногда этот коэффициент называют коэффициентом внутреннего трения. Он также зависит от давления (рис. 3). Как видно из рисунка, коэффициенты fп и fси уменьшаются с увеличением давления. Это положение можно объяснить следующим образом. В общем случае коэффициент трения — это предел отношения напряжения сдвига к давлению, т. е. f ск = lim ∆т/∆р. При ∆р →0 fп. ск = lim ∆т/∆р = ∞.
Если ∆р = 0, то ∆т ≠ 0 (благодаря силам молекулярного сцепления между поверхностями).
Рис, 3. Зависимость коэффициентов трения покоя fп и скольжения fск от давления:
1 - оуглинок, стерня (абсолютная влажность 14—16 %); 2 — торфяник, втерня (относительная влажность 70—76 %)
Как правило, коэффициент трения покоя fa ≥fCK.
Средние значения коэффициента трения покоя и скольжения при р = 0,02-0,05 МПа приведены в табл. 1.
Таблица 1. Составляющие коэффициента трения покоя fп и коэффициент fсK трения скольжения
При взаимодействии движителя трактора с грунтом имеетместо переменный неустановившийся режим перехода относительного покоя к относительному движению. При этом касательные силы на соприкасающихся поверхностях не могут быть определены только как произведение постоянного коэффициента на нормальную силу.
Как показали исследования, сила Т изменяется в процессе сдвига поверхностей, т. е. является некоторой функцией их относительного перемещения А. Если отнести силы к единице площади соприкасающихся тел, то можно записать следующее равенство:
Установлено, что форма кривых сдвига неодинакова для различных грунтов. Например, для плотных грунтов типа суглинка, супеси (рис. 4) напряжения сдвига сначала возрастают приблизительно пропорционально смещению, затем пропорциональность нарушается и напряжения сдвига в определенный момент достигают максимального значения
При дальнейшей деформации напряжения сдвига начинают постепенно уменьшаться и асимптотически приближаться к постоянной величине тск = fCKp.
Таким образом, при достаточно большом перемещении напряжения сдвига можно считать постоянными и не зависящими от деформации.
Для пластичных грунтов максимальные напряжения сдвига развиваются при беско¬нечно большой деформации (рис. 4), и кривая не имеет резкого выступа.
Рис. 4. Зависимость напряжений сдвига от деформаций:
1 — плотные грунты; 2 - пластичные грунты
Определение закономерностей изменения напряжения сдвига от деформации имеет большое значение для изучения процесса взаимодействия движителя с грунтом. Известно несколько функциональных зависимостей между напряжением сдвига и деформацией. Из них наиболее известны и довольно близко соответствуют реальным условиям формулы проф. М. Г. Беккера и Г. И. Покровского.
Для определения напряжений сдвига в зависимости от деформации применительно к разработке теории взаимодействия гусеничного движителя с грунтом М. Г. Беккер предложил использовать уравнение, аналогичное уравнению апериодического колебательного процесса
Несмотря на некоторое соответствие расчетных и фактических напряжений сдвига, формула не может быть применена при расчетах взаимодействия движителя со средой вследствие ряда существенных недостатков. Прежде всего, она громоздка, и затруднено определение эмпирических коэффициентов по предложенной ме-тодике. Кроме того, эти коэффициенты лишены определенного смысла. Далее при достаточно большой деформации, когда дельта стремиться кбесконечности, касательное напряжение сдвига стремится к нулю (при k2>1). Этот справедливый для апериодических колебаний вывод противоречит экспериментальным данным процесса сдвига (см. рис. 4).
На основании гипотезы Г. И. Покровского о контактной теории прочности грунтов предложена теоретическая формула:
Таким образом, выводы, полученные из теоретической зависимости, определяемой формулой (5), не противоречат экспериментальным данным.
Обобщая особенности формулы (5) и используя гиперболические функции, В. В. Кацыгин получил функциональную зависимость между напряжением сдвига и деформацией для плотных грунтов, имеющую следующий вид:
Эта формула по структуре идентична формуле (3), описывающей процесс сжатия.
Сдвиг грунта сопровождается еще и его срезом. При этом появляются напряжения среза тср, которые возникают благодаря подрезу боковыми гранями штампа или грунтозацепа высотой hr (см. рис. 2). Характер этих напряжений несколько иной, чем напряжений сдвига. Можно считать в первом приближении, что их значения зависят только от модуля среза тср и высоты боковых граней штампа или грунтозацепа колеса или шины. Нормальная сила и деформация не оказывают существенного влияния на напряжения среза.
Как показывают экспериментальные данные, модуль среза тcp изменяётся для разных грунтов в следующих пределах: для среднего суглинка (стерни) тср = (1,26-1,94) 10^3 Н/м для супеси стерни тср= (1,5-2,6) 10^3 Н/м.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
СТРУКТУРА ПОЧВ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ:
Сопротивление грунтов приложенным нагрузкам.
Сопротивление грунтов сжатию.
Сопротивление грунтов сдвигу.
Уплотнение почв.
Оценка уплотняемости почв.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТОВ.
Copyright © 2010-21.06.2018 by Егор Барабаш. Все права защищены. Разрешается републикация материалов сайта в Интернете с обязательным указанием ссылки на сайт kalxoz.ru