CC BY
49
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГРУНТА ПРИ ЕГО ПРЯМОМ
СДВИГЕ
Евстифеев Д.В., Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The carried out researches of simple shift will allow to define and to predict dynamics of influence of change of her parameters and in volumetric process of deformation, increase of resistance of shift at influence rotary strake.
В проводимых исследованиях влияния поворотных грунтозацепов гусеницы на увеличение опорно-сцепных свойств лесных трелевочных тракторов по деформируемой опорной среде (почва, грунт) [1] необходимо определение исходных параметров среды при прямом сдвиге (по методике Кулона). Исследование влияния взаимозависимого изменения показателя консистенции Вк (изменение влажности W%), плотности р и параметров С0 и р0 на сопротивление тангенциального сдвига т при объемной деформации среды с вертикальной нагрузкой q в процессе внедрения в нее поворотного грунтозацепа является сложной экспериментально-теоретической задачей. Поэтому пофакторно-фиксированное варьирование исходных параметров среды (q, W%, состава) в процессе прямого сдвига позволяет определить и прогнозировать динамику влияния изменения этих параметров и в объемном процессе деформации.
В процессе воздействия поворотного грунтозацепа на опорный массив грунта происходит отделение дискретного объема от массива за счет срезания, переноса в продольной плоскости и внедрение в вертикально -уплотненный объем грунта. Все связные грунты (а такие преобладают) являются пластичной средой, разрушаемой от касательных напряжений сдвига, создаваемых уплотняющей гранью поворотного грунтозацепа. Сопротивление сдвигу т и сопротивление уплотнению (изменение консистенции Вк, р, Е) являются основными прочностными характеристиками грунта.
В связных грунтах сопротивление сдвигу т определяется как силами трения (влияет угол внутреннего трения р0), так и силами сцепления (влияет связность частиц грунта С0); в почвах (композит минеральных и растительных компонентов) сцепление между компонентами может иметь другой характер и значительно ослаблено, что определяет превалирование сил трения между ними по плоскости сдвига.
Исследование прямого сдвига осуществлялось для двух видов сред:
- почва (опилки), отсутствие или малые силы сцепления;
- грунт (суглинок), наличие связных глинистых частиц (силы трения и сцепления).
Пофакторно-варьируемыми начальными параметрами назначались:
- вертикальная удельная нагрузка q=0-50 кПа;
- влажность W%=0-50%.
Усилие сопротивления прямого тангенциального сдвига т фиксировалось тензодатчиком, усилительной (ТА-5) и регистрирующей аппаратурой.
Известно, что сопротивление грунта прямому сдвигу описывается линейной зависимостью т = д • tgpо + с0 [2] и его графической интерпретацией (рисунок 1)
Рисунок 1 - Зависимость вида сопротивление грунта сдвигу
в общем виде
На рисунке 2 приведены экспериментальные данные изменения сопротивления среды сдвигу для грунта и почвы Ж%), а также значения параметров Со и (р .
45
40
35
30
25
Ту кПа
20
Г 1 1 Параметры грунта
т1 _£ У\Г=0% Со=0 кПа; ф" -27,5°.
NN=10* Со" 1,36 кПа; Ф° =30,1".
\Л/=20* Со=1,86 кПа; ф° =34°.
\Л/=ЭО* Сц—4,3 кПа; ф° "35,6°.
W-40^( Со=7к11а; ф°-25.Г.
\Л/=45Я 0=3,23 к! 1а; ф° =20,6°.
С„=3,23 кПа; ф° = 16.9".
Опилки УУ=0% Ср=1,15 кПа; ф° =36°.
Рисунок 2 - Зависимость сопротивления сдвигу для исследуемого грунта
т=/(д,Ж%)
На рисунке 3 приведено изменение С0=/(Ж%), на рисунке 4 - изменение ( =/(Ж%) для исследуемого грунта.
Рисунок 3 - Зависимость параметра Рисунок 4 - Зависимость параметра С0=/(^%) характеризующего связ- ( =/(Ж%) угол внутреннего трения ность частиц для исследуемого грунта для исследуемого грунта
Поэтапное увеличение влажности Ж% грунта показывает, что интенсивность увеличения коэффициента связности С0 носит нелинейный характер с явно выраженным максимумом С0=7,0 кПа при Ж=40%; в то время как угол внутреннего трения ( достигает максимума (р°=36° при Ж=28%.
Анализ значений параметров С0 и ( говорит о разной динамике их изменения. С ростом влажности от 0 до 50% сначала превалируют силы трения -влияние ( в грунте до влажности 28%, но затем начинают проявляться силы сцепления связность грунта С0 от 20 до 40% влажности, то есть заметно увеличивается влияние присутствия связующих компонентов, что соответствует переходу от сухого к влажному состоянию. Дальнейшее увеличение влажности от 40 до 50% приводит к резкому уменьшению параметров С0 и ( вследствие перехода от пластичного, текучепластичного состояния в текучее.
Указанная динамика изменения параметров С0 и ( дает более достоверный характер снижения показателя консистенции деформируемого грунта поворотным грунтозацепом (снижение W% за счет его сжатия), что приводит к приближению параметров С0 и ( к максимальным значениям, то есть переход от текучепластичного Вк=0,75 к пластичному Вк<0,5 состоянию грунта при уменьшении влажности с 50 до 40%, что позволяет увеличить коэффициент
С
сцепления ( = 0,5—0 + tg( [3] даже при небольшом значении ф.
Ч
На рисунке 5 приведены расчетные значения т=Дф, W%) с учетом изменения С0, (р°=/^%°, Ф (рисунки 3, 4) по формуле т = ч ■ tg(° + С0, отражающие динамику его изменения при совместной деформации от вертикальной нагрузки ф и тангенциального воздействия грунтозацепа в процессе его поворота в функции уменьшения влажности W% и консистенции Вк<0,5 до величины 30-40% в зависимости от роста ф.
О 5 10 15 20253035 40 46 50
Рисунок 5 - Зависимость вида г=/(Ж%, ф тангенциального сдвига для исследуемого грунта
Для реальных лесных тракторов при ф>50 кПа увеличение опорно-сцепных свойств целесообразно при уменьшении влажности с 50 до 40%, что отражает алгоритм работы поворотного грунтозацепа. Дальнейшее снижение влажности до 30%, увеличивает сопротивление сдвигу грунта в 1,3 раза, а следовательно затраты сил на поворот грунтозацепа.
Выводы:
1. Сопротивление тангенциальному сдвигу г прямо пропорционально зависит от ф, но имеет нелинейную зависимость от влажности №%о, с явным максимумом при 30 до 40%.
2. Угол внутреннего трения ( имеет более значительную интенсивность изменения в диапазоне влажности от 30 до 50%, (снижение в 2,12 раза).
3. Связность грунта С0 имеет интенсивное изменение в зоне действия поворотного грунтозацепа при влажности от 40 до 50% (снижение в 2,17раза).
4. Проведенные исследования изменения параметров С0, ( и г при прямом сдвиге грунта позволяют оптимизировать анализ процесс объемной деформации грунта в процессе поворота грунтозацепа при ф=50 кПа до изменения влажности в зоне сжатия примерно до 40%, что соответствует созданию условий изменения показателя консистенции грунта Вк от 0,75 до 0,5.
Литература
1. Евстифеев Д. В. Экспериментальные исследования процесса взаимодействия поворотного грунтозацепа гусеничного движителя с опорной поверхностью для увеличения сцепных свойств и проходимости // Сборник научных трудов по итогам междунар. научно-технической конференции "Актуальные проблемы лесного комплекса" Выпуск 11:.- Брянск: БГИТА, 2005.- С. 76-78.
2. Зеленин А. Н. Машины для земляных работ.- М.: Машиностроение, 1975.- 421 с.
3. Анисимов Г. М. Лесные машины.- М.: Лесная промышленность, 1989.- 512 с.
