CC BY
29
МЕТОДИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОПОРЫ АНКЕРНОГО ТИПА С ГРУНТОВЫМ МАССИВОМ ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Попов А.Л., Вихарев А.Н. (САФУ им М.В. Ломоносова, Архангельск РФ) Popov A.L., Viharev A.N.(Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Arkhangelsk, Russia)
Рассмотрена методика проведения опытов взаимодействия опоры анкерного типа с грунтовым массивом при вертикальной нагрузке. При помощи пи-теоремы определены варьируемые факторы.
It is a discussion of experimentation procedurethe anchor support's interaction with the ground under vertical load. There are defined varying factors using the pi-theorem.
Ключевые слова: анкерные опоры, линии скольжения,MatPIV
Keywords:anchor support, slip line, MatPIV
Надежное крепление гидротехнических сооружений водного транспорта леса зависит главным образом от несущей способности опор. Существующие на данный момент методики определения держащей силы основаны на заранее известной форме линии скольжения. Поэтому очень важно точное определение формы линий скольжения. Для их регистрации был использован метод обработки изображений (PIV - (ParticleImageVelocimetryметод), на базе которого авторами была разработана методика, позволяющая регистрировать формы линий, по которым происходит скольжение грунтовых призм [1].
Дальнейшие исследования направлены на определение держащей силы анкерной опоры круглой формы с выдвижными элементами при вертикальной нагрузке. Из-за достаточно сложных расчетов механических характеристик анкеров в грунтовых массивах в настоящее время не существует адекватных и, в то же время, относительно простых теоретических решений. Одна из методик расчета криволинейных форм призм скольжения и расчета держащей силы разработана на основе аналогий силовых полей в сплошных средах и полей течений. Основой расчета является квазипотенциальная модель. Пространственная осесимметричная задача при расчете формы призмы выпирания грунта при вертикальном сдвиге анкера круглой формы рассмотрена в работе [2].
На данном этапе исследования проводятся с новой конструкцией анкера. Модель анкера, содержит штангу с наконечником, поворотными лопастями и выдвижной элемент, который заглубляется относительно анкера. С рассматриваемой конструкцией анкера исследования ранее не проводились. Поэтому требуется лабораторные исследования с целью уточнения и проверки метода квазипотенциального моделирования.
Факторами, влияющими на держащую силу анкера, являются: диаметр, глубина заложения, длинна хода выдвижного элемента и характеристик грунта. Для сыпучих рыхлых грунтов основными характеристиками являются удельных вес и угол внутреннего трения без учета сцепления.
Символическое решение задачи можно записать в виде:
т = №, н, - ф, у), (1)
где Т - держащая сила; d - диаметр анкера; Н - глубина заложения анкера; -- длина хода выдвижного элемента анкера; ф- угол внутреннего трения грунта; у - удельный вес грунта.
Согласно первой теореме подобия представим решение в критериальной форме. Формулы размерностей величин, входящих в уравнение 1 выразим через символы первичных величин:
[Т] = LMГ2; [а] = [Н] = [К] = ^ [ф] = рад; [у] = Ми2Т2 , (2)
где L - длина; М- масса; Т - время.
Как видно из уравнения 2, число первичных величин размерностей п=3. Согласно второй теореме подобия [3, 4], путем замены переменных, сократим число размерных т=6 переменных дот-п=6-3=3 безразмерных. Величины с независимыми формулами размерностей представим в виде d, ф, у.
Безразмерные комплексы из уравнений с учетом показателей степеней с использованием п - теоремы определяется
П1п 2 =н, п3=- .(3)
а у а а
Решение задачи в критериальной форме примет вид:
Т ( Н — Л П = Г (1, П2, П3, 1, 1) или — = / 1, -, - ,1,1 . (4)
а у V а а у
Моделирование физических свойств грунта является сложной задачей. Поэтому значения угла внутреннего трения грунта и удельного веса зафиксируем на двух уровнях и будем считать постоянными при проведении лабораторных экспериментов. Варьируемыми факторами будут относительная глубина заложения анкера (уровни варьирования: 2, 4 и 6), относительный ход выдвижного элемента анкера (уровни варьирования 1, 2, 3, 4). Относительный ход равный 1 исключается, так как в этом случае выдвижение равно длине лопаток. Относительное выдвижение 4 будет исключается в том случае, если при меньших величинах не будет происходить проникновение в грунт. На основе полученных факторов и уровней их варьирования разработан факторный план эксперимента с дробными репликами по методике, приведенной в [4].
Для проведения экспериментов по определению держащей силы анкера и регистрации форм призм выпирания грунта в лаборатории кафедры водного транспорта леса и гидравлики САФУ создана лабораторная установка. Она включает: грунтовый бассейн, ручную лебедку с канатно-блочной системой, оборудование для записи на компьютер держащей силы анкера.
Предварительно проводилось тарирование датчиков силы ИММ-20 на нагрузку 20 кг и ЦММ-200 на нагрузку 200 кг. Схема тарирования датчиков представлена на рис.1. Датчик силы закрепляют к динамометру, подвешенному к неподвижной опоре. С датчика силы сигнал поступает на компьютер через усилитель 7ЕТ - 410 и аналого-цифровой преобразователь 7ЕТ - 210. Датчик ступенчато нагружается до максимальной величины силы, контроль производится массой эталонных грузов и по динамометру. Данные тарировки
заносятся в компьютерную программу. При проведении экспериментов тяга от заглубленного анкера соединяется с датчиком силы, а ко второму концу динамометра крепится тяговый элемент от лебедки.
1 - динамометр; 2 - датчик силы; 3 - эталонный груз; 4 - усилитель; 5 - преобразователь; 6 - компьютер; 7 - кабель Рисунок 1 - Схема тарирования датчиков
Список использованных источников
1. Вихарев А.Н., Попов А.Л., Емельянов А.А., Рымашевский В.Л. Регистрация форм грунтовых призм, образующихся перед анкером при его сдвиге с помощью MATPIV// Наука - Северному региону: сборник материалов научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, научных, инженерно-технических работников и аспирантов по итогам работ за 2010 год. - Архангельск, 2011.- С. 87-91.
2. Вихарев А.Н. Расчет формы призмы выпирания грунта при вертикальном сдвиге анкера круглой формы методом квазипотенциального моделирования (статья) // Совер-шенсвование техники и технологии лесозаготовок и транспорта леса: сб. науч. тр. факультета природных ресурсов АГТУ, Вып. 4. - Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2010. -С. 80-86.
3. Корпачев В.П. Теоретические основы водного транспорта леса. - М.: Академия Естествознания, 2009. - 237 с.
4. Пижурин А.А., Розенблит М.С. Исследование процессов деревообработки. - М: Лесн. пром-сть, 1984. - 232 с.
