CC BY
41
ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА НА ЕГО СОПРОТИВЛЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОМУ СДВИГУ
Евстифеев Д.В. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
Research of influence of density of a ground on his resistance to tangential shift for the analysis of process of volumetric deformation of a ground during turn strake. And use of the received data in research of influence rotary strake on increase in coupling properties wood yarder-loader tractors.
В проводимых исследованиях влияния поворотных грунтозацепов гусеницы на увеличение опорно-сцепных свойств лесных трелевочных тракторов взаимодействующих с деформируемой опорной средой (почва, грунт) [1] необходимо определение исходных параметров среды при прямом сдвиге (по методике Кулона). Исследование влияния изменения плотности среды р ее пористости n, и параметров С0 и ( на сопротивление тангенциальному сдвигу 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 (q, р) в процессе прямого сдвига позволит выявить взаимосвязь 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, перенос в продольной плоскости и внедрение в вертикально-уплотненный объем грунта.
В рыхлых, несвязных грунтах сопротивление сдвигу т определяется только силами трения (влияет угол внутреннего трения ( °), но при консолидации такой среды, то есть увеличение плотности, а в следствии уменьшение пористости n, начинает проявляться структурное сцепление между частицами С0, что и было отмечено при экспериментальном исследовании на чистый сдвиг (рисунок 3).
Исследование прямого сдвига осуществлялось для рыхлого воздушно -сухого суглинка - грунт, высушен на воздухе при обычной температуре [2].
Пофакторно-варьируемыми начальными параметрами назначались:
- вертикальная удельная нагрузка q = 0-50 кПа;
3 3
- начальная плотность грунта рн = 1,1-10 кг/м и пористость nH = 0,554 (определены экспериментально для исследуемого грунтового фона).
Усилие сопротивления прямому тангенциальному сдвигу т фиксировалось тензодатчиком, усилительной (ТА-5) и регистрирующей аппаратурой.
Экспериментальным путем были получены зависимости p=f(q) и p=f(n), (рисунки 1 и 2).
1 45 Л а» I
«е- \у
/
1.15 • .1. / у
/ -L 1«.> illa
Рисунок 1 - Зависимость параметра р = /(д) для исследуемого грунта
1.S 1,48
N
м 1.4
1.»
1,15 1,1
GL
0.39 0.41 0.43 0.45 0.47 0.40 0.51 0,53 0.55
Рисунок 2 - Зависимость параметра р = /(п) для исследуемого грунта
На рисунке 3 приведены данные экспериментальных исследований изменения сопротивления среды сдвигу для грунта т= /(д, р), на базе которых получены вариации значений Со и ф' /(д и р).
30
25 -
20 -
15
10 -
I, к. Па ---
—ф-" — Pñ 1,1 Ю3 кг/м3; л/=0,554; СИ) к] 1а, /=21,5° /%=1,1б-103 кг/м3; «7^0,528; С*-0,61 кПа;/=22,5° />,= 1,19 103 кг/м3; «j-0,516; С>1,69 к!1а; /=23,7° РГ 1,21-103 кг/м3; яИ),508; C<f=2,23 кПа; /"26.4°
I
Г—----- '— - - q, кПа i-1
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Рисунок 3 - Зависимость сопротивления сдвигу т= /(д, р) для исследуемого грунта
На рисунке 4 приведено изменение С0 = /(р), на рисунке 5 - изменение ф° = /(р) для исследуемого грунта.
Поэтапное увеличение плотности р грунта показывает, что интенсивность увеличения структурного сцепления между частицами С0 и угла внутреннего трения ф° носит нелинейный характер в данном диапазоне изменения плотности (рисунки 4 и 5). Полученные данные подтверждаются исследованиями [3,
1.1 1.12 1.14 1.1В 1.18 1.2 122
Рисунок 4 - Зависимость параметра С0 = Д(р) характеризующего структурное сцепление для исследуемого грунта
¡V'. градус 1
1
I/ * m1 гг/м'1
1,1 1.42 1.14 1.16 1,18 1.2 1221
Рисунок 5 - Зависимость угла внутреннего трения = Д(р) для исследуемого грунта
Не большой диапазон изменения плотности связан с возможностью разуплотнения грунта при его деформации.
На рисунке 6 приведено изменение С0 = Д(п), на рисунке 7 - изменение ([)' /(п) для исследуемого грунта.
Рисунок 6 - Зависимость параметра С0 = Д(п) характеризующего структурное сцепление для исследуемого грунта
Рисунок 7 - Зависимость угла внутреннего трения = Д(п) для исследуемого грунта
Для реальных лесных тракторов при q > 50 кПа при многократных проходах по одной и той же колее происходит переуплотнение поверхности по глубине деформируемого слоя и углубление колеи, что негативно сказывается на экологическое применение таких машин. Применение поворотного грунтозацепа позволяет увеличить несущую способность опорного слоя и уменьшить вертикальную деформацию, за счет увеличения плотности поверхности под гусеницей, создавая тем самым поверхностный слой с более высоким сопротивлением тангенциальному сдвигу. В условиях неравномерного распределения удельного давления движителя на такой поверхностный слой развитие деформации и увеличение глубины колеи будет менее интенсивно.
Вывод:
Проведенные исследования изменения параметров р, n, С0, ( и т при прямом сдвиге грунта позволяют уточнить процесс объемной деформации грунта при комплексном воздействие на него двух внешних сил (от гусеницы и поворотного грунтозацепа) и использовать полученные данные в исследовании
влияния поворотного грунтозацепа на увеличение опорно-сцепных свойств лесных трелевочных тракторов.
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. Долматов Б.И. и др. Механика грунтов. Ч. 1. Основы геотехники в строительстве. -М.: Изд-во АСВ; СПб.: СПбГА-СУ, 2000.-204 с.
3. Лысенко М.П. Состав и физико-механические свойства грунтов.- М.: Недра, 1972.320 с.
4. Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов: Учебник для вузов.-М.: Высш. школа, 1982.- 511 с.
