CC BY
20
8. Дьяченко О.В., Бельченко С.А., Белоус И.Н. Материально-техническая база - основа развития аграрного сектора России (на примере Брянской области) // Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий. - 2016. - № 6. - С. 27-31.
9. Семыкин В.А., Пигорев И.Я. Проблемы современного растениеводства и пути их решения в условиях Курской области // Проблемы развития сельского хозяйства Центрального Черноземья: материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Курск: Изд-во КГСХА, 2005. - С. 3-7.
10. Сельское хозяйство Брянской области: стат. сб. / Брянскстат. - Брянск, 2017. - 224 с.
11 . Посевные площади и производство основных продуктов растениеводства в хозяйствах всех категорий: стат. сб. / Брянскстат. - Брянск, 2017. - 60 с.
List of sources used
1. Dolgushkin N.K. Technological modernization is the basis for the effectiveness of the agro-industrial complex for the sustainable development of rural areas // Agricultural machinery and technologies. - 2016. - No. 3. - P. 3-6.
2. State program "Development of agriculture and regulation of markets for agricultural products, raw materials and foodstuffs of the Bryansk region" (2017-2020) [Electronic resource] URL: http: // docs /. Cntd en / dokument / 974044283
3. Measures of state support for the development of the agro-industrial complex of the Bryansk region (2014-2020) / S.A. Belchenko, V.E. Torikov, V.F. Shapovalov, M.P. Naumova // Agroecological aspects of sustainable development of agroindustrial complex: materials 14 Intern. sci. Conf. Bryansk: Publishing house Bryansk State University, 2017.
4. Belchenko S.A., Belous I.N., Naumova M.P. Development of the AIC of the Bryansk region // Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. - 2015. - No. 2. - P. 32-35.
5. Ivanyukha T.V., Khramchenkova AO, Dyachenko OV Methodical bases of the analysis of dynamic series and forecasting grain yields // Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. - 2016. - No. 3 (55). - P. 2126.
6. Results of the socio-economic development of the agrarian and industrial complex of Bryansk region in 2015 and tasks for 2016 / S.A. Belchenko, V.E. Torikov, I.N. Belous, S.N. Potsepai // Herald of the Bryansk State Agricultural Academy. - 2016. - No. 1. - P. 37-46.
7. About realization of measures of social and economic development of agrarian and industrial complex of the Bryansk area in 2016 / SA Belchenko, V.E. Torikov, I.N. Belous, S. N. Potsepai // Herald of the Bryansk State Agricultural Academy. - 2016. - No. 5. - P. 3-10.
8. Dyachenko OV, Belchenko SA, Belous I.N. The material and technical base is the basis for the development of Russia's agrarian sector (on the example of the Bryansk region) // Economics of agricultural and processing enterprises. - 2016. - No. 6. - P. 27-31.
9. Semykin V.A., Pigorev I.Y. Problems of modern crop production and ways of their solution in conditions of the Kursk Region // Problems of development of agriculture of the Central Chernozem Region: Materials of all-Russian scientific-practical Conference. - Kursk: Publishing house of the Kursk State Agricultural Academy, 2005. - P. 3-7.
10. Agriculture of the Bryansk region: stat. Sat. Bryanskstat. - Bryansk, 2017. - 224 p.
11. Sown areas and production of the main crop products in farms of all categories: stat. Sat. Bryanskstat. -Bryansk, 2017. - 60 p.
УДК 631.434.1
К ВОПРОСУ НОРМИРОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА ПОЧВУ ДЬЯКОВ В.П.,
ведущий научный сотрудник, кандидат технических наук, ФБНУ ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии; vpd@kursk.ru; тел.: 8-908-121-28-42.
Реферат. Физические представления процесса деформирования почвы на кинетической основе дают основание рассматривать его состоящим из двух стадий: начальной, когда деформирующие напряжения не превышают предела упругости, и конечной, представляющей собой хрупкое или пластическое разрушение почвы. Деформирующим агентом в процессе деформирования почвы в обеих стадиях является упругая потенциальная энергия, накопленная в процессе уплотнения почвы до значения предела упругости, как в хрупком, так и в пластическом ее состоянии. Упругая потенциальная энергия расходуется на подготовку условий деформирования хрупким или вязким отрывом при деформировании почвы
в хрупком состоянии. При деформировании почвы в пластическом состоянии упругая энергия расходуется на формирование контура почвенного клина (уплотненного ядра) с одновременным расслаблением почвы внутри его или же формированием почвенного клина, как части штампа, передающего деформирующие напряжения. Тип разрушения почвы (сдвиг или отрыв) в большей степени зависит от вида напряженного состояния, создаваемого в ней конструкцией рабочего органа, в сравнении с ее физическим состоянием.
Упругая потенциальная энергия расходуется на подготовку условий деформирования хрупким или вязким отрывом при деформировании почвы в хрупком состоянии; при деформировании почвы в пластическом состоянии упругая энергия расходуется на формирование контура почвенного клина (уплотненного ядра) с одновременным расслаблением почвы внутри его.
Ключевые слова: почва, сжатие, упругая энергия, отрыв, сдвиг, пластическое течение. TO THE QUESTION OF RATIONING OF MECHANICAL LOAD OF THE SOIL DYAKOV VP.,
сandidate of Technical Sciences, Senior Researcher, Leading Researcher "All-Russia Research Institute of arable Farming" and Soil Erosion Control".
Essay. Physical representations of process of deformation of the soil on a kinetic basis give the grounds to consider it consisting of two stages: initial when the deforming tension does not exceed an elasticity limit, and the final, representing fragile or plastic destruction soil.
The deforming agent in the course of deformation of the soil in both stages is the elastic potential energy which is saved up in the course of consolidation of the soil to value of a limit of elasticity both in fragile, and in its plastic state.
Elastic potential energy is spent for preparation of conditions for a fragile or viscous separation at deformation of the soil in a fragile state. At deformation of the soil in a plastic state elastic energy is spent for formation of a contour of a soil wedge (the condensed kernel) with simultaneous relaxation of the soil in it.
The type of destruction of the soil (shift or separation) more depends on a type of the tension created in it by a design of working body in comparison with its physical state.
Elastic potential energy is spent for preparation of conditions for a fragile or viscous separation at deformation of the soil in a fragile state; at deformation of the soil in a plastic state elastic energy is spent for formation of a contour of a soil wedge (the condensed kernel) with simultaneous relaxation of the soil in it.
Keywords: soil, compression, elastic energy, separation, shift, plastic current.
Ведение. Вопрос о деформации и деградации почвы, являющийся одним из главных задач механики почв (раздел земледельческой механики), остро возник в земледелии еще в 20-е годы прошлого столетия с началом использования на полях тракторной тяги и остается до конца не разрешенным до сих пор. Процесс исследования закономерностей деформирования и разрушения почвы представлял в то время «камень преткновения» для всякого рода теоретических исследований. Причиной тому служили, в первую очередь, сложности условий работы орудий (строение почвы). Во-вторых, процесс разрушения материалов в общей технике в целом был еще мало изучен и заключался, главным образом, в исследовании деформации тел только в пределах упругости материалов, опереться в этом отношении на разработки других наук возможности не было. Поэтому этот острый вопрос был отложен «на потом», и земледельческой механике пришлось, по словам ее основоположника В.П. Горячкина, «... в этом вопросе занять своеобразное положение, так как то, что в технике составляет отброс (стружка), в земледелии определяет цель работы (пласты)» [1].
Цель и задачи исследования механизма деформирования и разрушения почвы заключается в том, чтобы найти понятия и разработать аналитические зависимости, которые бы наилучшим образом описывали наблюдаемые в действительности соотношения между напряжениями, деформациями и их скоростями. Соответствующие законы, на наш взгляд, можно получить на основании исследования поведения почвы под нагрузкой на кинетической основе. Решение данных задач, их необходимость в земледелии особенно остро проявляются при организации механической обработки почвы, когда, наряду с повышением производительности труда, особенно важна охрана почвы, а экономика настоятельно требует максимального снижения затрат на обработку, возрастающих с увеличением скорости обработки [2].
Вопрос теоретического исследования деформации почв только силами одной лишь механики почв невозможен без опоры на достижения общей техники и родственных областей науки. Однако анализ методов исследований механики почв и механики грунтов показывает, что для решения зада ч , а на л о гичных поставленной нами, закономерности, установленные теоретической механи-
кой, и закономерности теории сплошных тел (теория упругости, теория пластичности) являются только необходимыми, но недостаточными в силу ряда обстоятельств.
Теоретическая механика - наука об общих законах движения и равновесиях твердых, неде-формируемых тел. Почва - деформируемая среда и в ней всегда при нагрузке и последующей разгрузке, кроме упругих деформаций, наблюдаются и остаточные (пластические) деформации, т.е. почва по механическим свойствам не принадлежит к упругим телам. Строительная механика (теория упругости, теория пластичности, теория ползучести) исследует деформируемые, но сплошные тела. Почва же является дисперсным раздробленным (дискретным) материалом; состоит из отдельных твердых и нетвердых частиц, не связанных между собой или связанных так, что прочность связей между ними во много раз меньше прочности материала самих частиц. Характер деформируемости и сопротивления развитию деформации почвы обусловливаются связностью между твердыми частицами и внутренним трением (вязкое, сухое) между ними.
Изложенные аспекты законов и закономерностей из теорий общей техники, оставленные без внимания исследователями механики почв, составили, на наш взгляд, ряд труднопреодолимых вопросов для земледельческой механики в процессе постановки теоретических основ почвообра-ботки.
Так, согласно [3], в применении к дисперсным телам (грунт, почва) теория напряжений, разработанная для сплошных тел, имеет свои особенности. Они заключаются в том, что в данных материалах напряжения сжатия не сразу (как в сплошных недеформируемых телах) передаются на твердые частицы, а только через определенный промежуток времени, соответствующий полному развитию их действия.
Кроме того, исследователи механики почв оставили без внимания такие важные реологические свойства дисперсных тел как релаксация упругих напряжений и запаздывание развития упругой деформации (последействие).
Перечень причин отсутствия в механике почв до настоящего времени закономерностей разрушения почвы и теоретических основ почвообра-ботки был бы далеко неполным, если не отметить, что, при широком и глубоком изучении физико-механических и технологических свойств почвы, без какого-либо внимания были оставлены важнейшие составляющие ее - структурные связи. Структурные связи в грунтах и почвах обусловливают прочность их структуры [3], т. е. сопротивление перемещению частиц при сдвиге, растяжении и других видах напряженного состояния.
В то же время установлено, что, несмотря на различие конечных постановочных задач, и целей исследований механики почв и механики грунтов, характер изменения напряженно-деформиро-
ванного состояния грунтов и почвы под внешней нагрузкой аналогичны; достижения механики грунтов в рассматриваемом вопросе весьма полезны и для механики почв. Различие просматривается лишь в том, что экспериментальные данные в механике грунтов получают в функции величины деформирования, в механике почв - в функции скорости. Поэтому диаграммы деформирования (зависимость величины деформации от деформирующего напряжения или наоборот) грунтов и почв идентичны [4, 5] и служат для «рамочного» представления о сопротивлении развитию деформации того или иного материала под внешней нагрузкой вплоть до его разрушения.
Опыт показывает, что поведение почвы с момента приложения нагрузки до момента разрушения ее удобно исследовать на примере передачи деформирующего усилия сжатия плоским штампом круглой или прямоугольной формы.
Материал и методика исследования. На рисунке 1 показана гипотетическая диаграмма деформирования почвы. Диаграмма составлена по результатам процесса сжатия почвы при постоянной скорости деформирования. Это соответствует реальным условиям взаимодействия почвы с рабочими органами машин и орудий в реальных условиях - при деформировании грунтов и почв диаграммы сжатия и растяжения различны [4]. Её кривая ОАВС показывает изменение деформирующего напряжения о по мере роста деформации (перемещения штампа, передающего внешнюю нагрузку). Аналогично диаграммам сжатия, растяжения, сдвига и кручения, полученных в других областях науки, на кривой ОАВС деформации сжатия выделено три участка ОА, АВ, ВС, характерных для процесса развития деформации почвы под внешней нагрузкой и постоянной скорости приложения нагрузки.
почвы
На участке ОА диаграммы, как и при деформации других тел, напряжение возрастает от нуля до некоторой величины бпу (напряжения предела упругости) по отношению к увеличению деформации довольно быстро. Точка А на графике соответствует пределу упругости почвы, при достижении которого начинают образовываться остаточные деформации. Участок ОА в целом харак-теризируется как условно-мгновенная часть общей деформации тела. Однако физическая сущность развития деформации на участке ОА диаграммы напряжений почвы, в отличие от аналогичных участков диаграмм сплошных тел, имеет свои особенности. Эти особенности заключаются в том, что в почвах нормальные напряжения от действия внешней нагрузки передаются на твердые частицы не сразу (как в сплошных твердых телах), а в течение некоторого времени по мере перемещения нагрузочного штампа; процесс развивается по следующей схеме.
В первое мгновение внешняя нагрузка от штампа действует на поверхностные частицы, расположенные непосредственно по площадкам контакта с плоскостью штампа. Затем эти частицы, смещаясь одновременно со штампом, передают деформирующие напряжения на соседние частицы и они от штампа с определенной скоростью распространяются вглубь почвы. Перемещения почвенных частиц под действием нормальных напряжений сказывается как скелетом, так и водою/воздухом. Доля участия каждой из этих фаз, естественно, пропорциональна величинам их модулей упругости. Вслед за этим начинаются движения непосредственно воды/воздуха и проявляются их вязкие сопротивления. Чем больше воды и воздуха будет удалено, тем большая нагрузка будет переходить на почвенные частицы. После удаления излишних объемов воды/воздуха вся внешняя нагрузка будет восприниматься почвенными частицами. К этому моменту деформирующее усилие будет воспринято максимально возможным количеством твердых частиц почвы и начнется их уплотнение. Поскольку при сжатии частицы ориентируются базисными плоскостями перпендикулярно действию нормального усилия, то по фронту этих частиц будет выстроена «граница», отделяющая объем активной части их от почвенного массива.
Следует подчеркнуть, что перемещение частиц в направлении оси сжатия на данном этапе деформирования является превалирующим [4, 6]. Эти частицы, перемещаясь в процессе уплотнения из первоначального положения равновесия в новое, приобретают некоторое количество кинетической энергии. Её значение пропорционально длине пройденного частицей пути, скорости и
массе. Следовательно, в уплотненном слое почвы перед штампом и недеформированным почвенным массивом накапливается упругая потенциальная энергия. Накопление упругой энергии явление, естественно, обратное релаксации. Однако при скорости штампа большей скорости последней, накопление упругой энергии явление неизбежное. Кроме того, количество упругой потенциальной энергии будет тем больше, чем большее количество почвенных частиц будет задействовано в сопротивлении нагрузке или когда этими частицами будет воспринята максимально возможная часть деформирующей энергии.
Обсуждение результатов исследования. Таким образом, уплотнение почвы в своем начале увеличивает твердость почвы и повышает ее сопротивление путем накопления упругой потенциальной энергии. Складывается впечатление, что деформация как бы себе противодействует, ограничивая общую деформацию. В действительности же накопление упругой потенциальной энергии символизирует увеличение значения удельной энергии сопротивления. Рассмотрим физическую сущность сказанного.
Данное явление происходит в реальных условиях в момент прохождения штампом точки А на кривой диаграммы, когда напряжение в почве достигает предельного упругого значения бпу и соответствует завершению первой стадии процесса деформирования тела - начальной фазы деформации - условно-мгновенной (упругой части), деформации почвы. Точка А диаграммы деформирования признана [4, 5 и др.] первой характерной точкой кривой графика. Напряженно-деформированное состояние, отображаемое данной точкой, является предельным (опасным) состоянием, одинаково значимым для почв, находящихся в хрупком и пластическом состоянии. В этой связи участок диаграммы АВ следует считать подготовительным к разрушению хрупких почв непосредственно и пластических после достижения деформацией значения £,раз (точка С).
Опасное (критическое) напряженное бпу состояние почвы, как в хрупком, так и в пластическом ее состоянии, принято считать всегда соответствующим границе применения закона Гука, но не предельным для прочности ее структуры. На прочность структуры почвы после достижения деформирующими напряжениями предела упругости существенное значение оказывает поведение ее на участке АВ. В реологии грунтов [6] участок АВ диаграммы называют неустановившейся ползучестью деформации и недостаточно изученной в общей физике [7].
Из анализа формы развития зависимости деформирующих напряжений от величины дефор-
мации привлекает внимание ее перегиб в точке А, показывающий резкое снижение интенсивности роста напряжений относительно увеличения деформации - диаграмма имеет криволинейный вид с выпуклостью вверх. Резкое изменение в работе почвы дает основание предполагать либо о снижении сопротивления почвы, либо о начале действия какой-то сторонней, дополнительной силы. Первый вариант отпадает в силу того, что разрушения почвы не произошло; с увеличением деформации, как известно, сопротивление почвы не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. Следовательно, реален второй вариант, в котором в роли дополнительной, «неизвестной» силы выступает упругая потенциальная энергия, накапливаемая в конце первой (начальной) стадии деформирования и высвобождающаяся в начале второй. Происходит это в момент преодоления штампом, как источником внешней деформирующей энергии, сопротивления почвы, контактирующей с уплотненным слоем почвы. В этой связи логично заключить, что начальная, условно-мгновенная деформация, заканчивается в момент достижения упругой потенциальной энергией максимального значения, что соответствует моменту прохождения штампом точки А кривой диаграммы сжатия почвы штампом (рисунок 1).
После преодоления штампом сопротивления впереди расположенной недеформированной почвы сжатый слой почвы внезапно расширяется. Вследствие этого упругая потенциальная энергия, накопленная в этом слое почвы при его уплотнении, высвобождается и преобразуется в кинетическую энергию движения почвенных частиц, возвращающихся в первоначальное равновесное положение. Этому перемещению частиц препятствует штамп, движущийся им на встречу. При встрече со штампом упругая волна кинетической энергии, не обладая достаточной мощностью, отражается. Отраженная от штампа волна упругой энергии, распространяясь со скоростью С звука, оказывает давление на расположенную впереди сжатого слоя почву. Действие упругой волны на почву аналогично действию дополнительной обособленной силе, поскольку скорость С распространения ее во много раз превышает скорость V штампа, и соотносится с явлением релаксации упругих напряжений как обратное последействие.
Упругая волна, обладающая определенным запасом энергии, воздействует на почвенные частицы со значительным опережением действия штампа, поскольку скорость ее распространения С значительно превышает скорость V перемещения штампа, то есть С >> V. В этой связи в почве еще до начала воздействия штампа происходит необратимая перестройка ее структуры. При этом по
площадкам сдвига и отрыва расположение и ориентировка частиц становятся такими, что разрушение требует минимального усилия. Почва расслабляется, что обусловливает снижение сопротивление почвы деформации штампом, поскольку упорядоченное положение частиц отвечает минимуму свободной энергии.
Изменение ориентации частиц происходит при любом виде деформирования (любом действии силы), но направление ориентации зависит от напряженного состояния. В рассматриваемом нами напряженном состоянии - одноосном сжатии с возможностью бокового расширения - частицы, [4] вначале укладываются базисными плоскостями перпендикулярно действию силы, а затем по мере возрастания нагрузки и развития деформаций сдвига частицы поворачиваются в зоне сдвига в направлении действия максимальных касательных напряжений; при сжатии без возможности бокового расширения частицы ориентируются базисными плоскостями перпендикулярно действию нормального усилия, при сдвиге - параллельно направлению сдвига.
Таким образом, после высвобождения упругой потенциальной энергии деформирующая энергия, действующая на сжатую почву, возрастает. Из этого следует, что в момент прохождения штампом точки А, т. е. после преодоления им сцепления почвы, расположенной за условной границей, может произойти хрупкое разрушение почвы. При этом разрушение может быть в виде хрупкого отрыва, если у почвы предел упругости оу < от - предела текучести. Хрупкий отрыв произойдет (модель Гриффита) тогда, когда значение упругой энергии, которая высвободится при этом, будет больше значения энергии, затраченной штампом на преодоление сопротивления впереди лежащей почвы. Если предел текучести почвы будет равен или несколько выше предела упругости, то произойдет разрушение в виде вязкого отрыва. Существенное значение на вид разрушения почвы отрывом оказывает наличие и количество в ней коллоидных частиц и влаги, обусловливающих водно-коллоидную связь частиц в структуре почв.
При деформации почв, у которых предел текучести от всегда меньше предела упругости оу (глинистые, суглинки, супеси), т. е. почв в пластическом состоянии, после прохождения штампом точки А графика диаграммы начинается вторая фаза деформирования - фаза пластического течения, участок АВ. В этом случае состояние почвы обусловливается наличием в ней кроме межмолекулярных сил Ван-дер-Ваальса сил первичной валентности - внутримолекулярных сил, действующих одновременно с ионными силами. Цементация почвенных частиц в этом случае соз-
дает кристаллизационные связи, которые могут быть нарушены только при определенной величине перемещений твердых частиц.
Следовательно, при напряженном состоянии, когда значение упругой потенциальной энергии, накопленной в момент достижения деформирующими напряжениями предела упругости, не достаточно для полного разрушения пластической почвы, приобретает значение вопрос о увеличении реальной деформации до величины предельного значения, соответствующего напряжению бпр, что непосредственно вытекает из закона Гу-ка. Поэтому вторая фаза деформирования пластических почв, начинающаяся с образования в ней больших остаточных деформаций (точка А), включает в себя фазу течения (фазу пластических деформаций -участок АВ) и заканчивается разрушением только в точке С кривой диаграммы и при том в виде сдвига. При этом значение предельного напряжения браз для почвы аппроксимируется законом Мора-Кулона.
Таким образом, сдвиг является более сложным видом разрушения, чем отрыв, поскольку ему, кроме упругих, предшествуют значительные пластические деформации, что свидетельствует о появлении в почве как нормальных, так и касательных деформирующих напряжений. Поэтому для суждения о прочности почвы, находящейся в пластическом состоянии, необходимо изучение двух предельных состояний - перехода от упругой деформации в пластическую деформацию и перехода от пластической деформации к разрушению. Здесь следует заметить, что эта стадия, так как опытное исследование ее представляет большие трудности, чем другие стадии, изучена еще совершенно недостаточно [7]. В этой связи возрастает значимость физических представлений (теоретических исследований) о процессе, основанных на данных эксперимента. Рассмотрим некоторые.
В результате локальных сдвигов под действием упругой волны и явлений, происходящих в почве под влиянием упругих напряжений, в зоне действия последних очерчивается контур почвенного объема со смещенными из первоначального положения равновесия и переориентированными частицами [4]. Форма продольного сечения данного упруго напряженного контура почвы, согласно Н.А. Цытовичу, представляет собой «луковицу напряжений».
Поскольку скорость распространения упругой волны во много раз выше скорости сжатия почвы штампом, то последний воздействует на почву в «луковице напряжений», находящуюся в упругом состоянии. Особенностью образовавшегося контура является то, что с началом воздействия штампа он из очерченных разрозненных частиц с расслаб-
ленными структурными связями превращается в объем отдельного почвенного тела. Поверхность почвенного тела формируется из частиц, параллельно расположенных его поперечной оси. Данное расположение частиц обусловливает избирательную пропускную ее способность, заключающуюся в возможности проницания воды и воздуха и отсутствии данной возможности для частиц твердой вазы. Невозможность перемещения твердых частиц за пределы почвенного тела в то же время ограничивает возможность распространения деформирующих напряжений, поскольку восприятие и распространение деформирующих напряжений в дискретных телах осуществляется только твердой фазой, т. е. почвенными частицами. С образованием поверхности с избирательной способностью начинается концентрация напряжений внутри почвенного тела - «луковицы напряжений» и уплотненного ядра (почвенного клина).
Почвенный клин в процессе уплотнения почвы начинает формироваться на участке АВ диаграммы, непосредственно за высвобождением упругой потенциальной энергии. При этом давление на почвенные частицы распределяются в осевом и поперечном направлении по закону коэффициента Пуассона. Наблюдения за формированием формы почвенного клина показывают: основанием почвенного клина является плоскость штампа. Затем клин начинает «расти» от плоскости штампа, перемещается совместно со штампом, уменьшаясь в поперечном сечении до нуля. В процессе формирования клина структура внутри его приобретает определенную «жесткость», превышающую плотность окружающего его массива почвы; скорость его постепенно выравнивается со скоростью штампа. В процессе увеличения «жесткости» почвенного клина давления, возникающие на боковой поверхности его, приводят соседние с клином массы почвы в тоже напряженное состояние. В итоге почвенный клин становится частью штампа.
Деформирование почвы на участке ВС кривой графика производится не штампом, а почвенным клином: тупая свая превращается в заостренную балку.
При «метаморфозе» плоского штампа, как инструмента деформирования, в конусную или треугольную фигуру прочность почвы еще не преодолена. В процессе перемещения «конусного» деформатора напряжения в почве достигают критической величины, при которой устанавливается предельное равновесие между внешней нагрузкой и внутренними силами сопротивления, что отображается точкой С графика. В этом случае самое малое увеличение сил, воздействующих на почву, приводит к потере почвой устойчивости.
Последнее вызывается разрушением связей между частицами, образованием сетки трещин и разрывов и развитием необратимых сдвигов вдоль поверхностей скольжения.
При выходе деформации почвы за предел, соответствующий точке С, наступает фаза расслабления почвы - фаза разделения почвы на мелкие фракции, отображаемая участком диаграммы за точкой С.
Выводы. 1 Почва, вне зависимости от физического состояния, при сжатии претерпевает две стадии напряженного состояния, обусловленных, соответственно, накоплением (первая стадия) и реализацией (вторая стадия) упругой потенциальной энергии.
2. Вид сопротивления механическому разрушению - сопротивление отрыву или сдвигу - в первую очередь обусловливается видом напряженного состояния после предела упругости, и во вторую - физическими свойствами.
3. Начальная стадия деформирования почвы, находящейся в хрупком или пластичном состоянии, заканчивается накоплением в почве упругой потенциальной энергии.
4. Упругая потенциальная энергия расходуется в начале второй стадии деформирования на: 1) разрушение почвы в хрупком состоянии почвы в виде хрупкого или вязкого отрыва и 2) образование контура почвенного клина (уплотненного ядра) и снижение сопротивления почвы в пластическом состоянии внешнему воздействию.
Список использованных источников
1. Горячкин В.П. Собрание сочинений. - Т.1. - М.: Машиностроение, 1968.
2. Панов И.М. Вопросы развития теории разрушения почвы // Такторы и сельхозмашины. - 1988. - №
11.
3. Цитович Н.А. Механика грунтов.- М.: Стройиздат, 1963. - 636 с.
4. Вялов С.С. Реологические основы реологии грунтов.- М.: «Высшая школа», 1978. - 447 с.
5. Беляев Н. М. Сопротивление материалов. - М.: Физматиздат, 1962. - С. 772-779.
6. Мацепуро В.М., Ликликадзе К.Д., Седов М.В. Исследование деформации почв и грунтов при вдавливании штампов // Труды ВИМ. - Т. 69. - М., 1975. - С. 92-108.
7. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. - М.: Физ.-мат издат. - С. 799-800.
8. Кулен А., Куиперс Х. Современная земледельческая механика. Перевод с английского А.Э. Габри-эляна. - М.: Агропромиздат,1986. - С.120-121.
9. Дьяков В.П., Гребенщиков К.Г. О критерии нормирования механической нагрузки на почву и экспресс-методе оценки ее значения // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - № 7. - С. 40-44.
10. Дьяков В.П. О результатах исследований деформирования почвы рабочими органами машин и орудиями технологических комплексов // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2017. - № 8. - С. 42-46.
List of used sources
1. Goryachkin V.P. Collected Works. - T.1. - M.: Mashinostroenie, 1968.
2. Panov I.M. Issues of the development of the theory of soil destruction // Tactors and agricultural machines. - 1988. - № 11.
3. Tsitovich N.A. Soil mechanics. - M .: Stroyizdat, 1963. - 636 p.
4. Vyalov S.S. Rheological foundations of the rheology of soils. - M.: Higher School, 1978. - 447 p.
5. Belyaev N. М. Resistance of materials. - M .: Fizmatizdat, 1962. - p. 772-779.
6. Matsepuro V.M., Liklikadze K.D., Sedov M.V. Investigation of the deformation of soils and soils during the indentation of dies - T. 69. - M., 1975. - P. 92-108.
7. Belyaev N.M. Resistance of materials. - M.: Fiz.-mat published. - p. 799-800.
8. Kulen A., Kuipers H. Modern agricultural mechanics. Translation from English by A.E. Gabrielyana. - M .: Agropromizdat, 1986. - P.120-121.
9. Dyakov V.P., Grebenshchikov K.G. On the criterion of rationing the mechanical load on the soil and the express method of assessing its value // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2017. - № 7. -P. 40-44.
10. Dyakov V.P. On the results of studies of soil deformation by the working bodies of machines and implements of technological complexes // Bulletin of the Kursk State Agricultural Academy. - 2017. - № 8. -P. 42-46.
