Исследования физико-механических характеристик почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Исследования физико-механических характеристик почв

Студент: Третьяк О.С.

1. Общие положения

Рассмотрим признаки почв, наиболее необходимые для оценки условий использования машин для земельных работ.

Прочность - сопротивление горной породы общему разрушению. Численно прочность почв может быть представлена коэффициентом прочности, обусловленным по при одноосном сжатии:

ѓ,

где ѓ - коэффициент прочности при одноосном сжатии, мПа;

Р - нагрузка на почву при одноосном сжатии, Н;

F - площадь поперечного сечения образца, м².

Сопротивление резанию - способность горной породы сопротивляться механическому воздействию, которая вызывает совокупность напряжений сжатий, растяжения и разрушения, преодоление которых заканчивается разрушением почвы и выделением кусков от массы.

Сопротивление почвы резанию характеризуется коэффициентом удельного сопротивления резанию k_F, значение которого определяется экспериментально в зависимости от рода и состояния почвы или рассчитывается по эмперической зависимости, предложенной профессором Н.Г. Домбровским:

k_F = k_пѓ,

где k_п - коэффициент пропорциональности, который колышется в границе 1,6…2,1; большее значение коэффициента пропорциональности нужно принимать для наиболее прочной почвы.

Рисунок 1 - Схема установки для исследования прочности почвы, а - лабораторная установка для испытания образцов при одноосном сжатии; б - плотномер (ударник ДорНДИ)

Резание - основной способ разработки почв, по принципу которого устроено и действует большинство землеройных и землеройно-транспортных машин. В зависимости от сопротивления резания почвы делятся на категории. Прочность почв в данном случае характеризуется среднемаксимальным удельным сопротивлением свободного среза острым ножом, который отделяет стружку при угле резания 45⁰.

Рисунок 2 - Схема свободного среза почвы острым ножом

Это характеризует сопротивление почвы, которая приходится на единицу площади поперечного сечения среза при отделении стружки от почвенного массива. Установлено, что для глинистых почв между среднемаксимальным удельным сопротивлением свободного среза острым ножом m_св сцеплением почвы С и временным сопротивлением сжатию есть зависимость:

грунт земельный прочность сопротивление

m_св ? 0,21· ? 0,66С.

Таблица 1 - Классификация почв по прочности

Плотомер представляет собой стержень, по которому между двумя закрепленными шайбами располагается груз массой 2,5 кг. Стержень устанавливают одним концом на поверхности почвы, поднимают груз в верхнее положение, и отпускают его. Падая, груз ударяет по нижней шайбе, при этом работа одного удара составляет 10 Нм. Под действием силы удара стержень внедряется в почву. В зависимости от свойства почвы для внедрения н глубину 100 мм необходимое разное число ударов.

Между числом ударов и сопротивлением почв резанию имеется следующая зависимость:

Плотность - отношение массы породы к ее объему при природной влажности

где -плотность почвы (породы), кг/м³;

m - масса образца, кг;

V - объем образцы, м³.

Влажность - процентное соотношение массы воды, которая содержится в почве, к массе сухой почвы:

щ=

где щ - влажность почвы, %;

m_в - масса воды, кг;

m_с - масса сухой почвы, кг;

В условиях умеренного климата в сухую погоду почвы обычно имеют влажность 10…20%.

Объемная масса почвы - масса его твердых частиц без массы воды и пор.

где д₀ - объемная масса скелета почвы, кг/м³;

с₀ - плотность почвы при природной влажности, кг/м³.

Удельная масса почвы - отношение массы твердых частиц к объему вытесненной им жидкости

? = ,

где m_m - масса твердых частиц, кг;

V_p - объем вытесненной жидкости из образца, м³.

Удельная масса большинство минеральных частиц почвы составляет 2,4…2,8 т/м³, органических веществ 1,2…1,4 т/м³.

Разрыхленность - способность почв увеличиваться в объеме при его разрушении. Разрыхленность характеризуется коэффициентом разрыхления, что представляет отношение объема разпушения породы к первоначальному его объему:

k_p = ,

где k_{p -} коэффициент разпушенности;

V_p - объем почвы в разрыхленном состоянии, м³;

V - объем не разрыхленной почвы, м³.

Разрыхленность характеризуется так же коэффициентом уменьшения плотности, которая определяется отношением плотности почвы или другого строительного материала в разрыхленном виде к плотности в природном состоянии

k_уп =

где k_{уп -} коэффициент уменьшения плотности;

с_р и с₀ - плотность почвы разрыхления и в природном состоянии, кг/м³.

При расчете уплотнения перевозимого материала после его разгружения учитывают коэффициент уплотнения, который равняется отношению плотности материала в природном виде и после уплотнения

k_упл =

где с_у - плотность почвы после уплотнения, кг/м³.

Для большинство почв k_упл = 0,65…0,9, k_р = 1,1…1,7 и k_упл = 0,75…0,9.

Сжимаемость - способность почв, которая заключается в способности изменять свое строение под действием внешних влияний на более компактную за счет уменьшения пористости.

Изменение объема при сжатии - нелинейная функция:

Рисунок 1.3 - Компрессорная кривая почв, 1 - период уплотнения; 2 - период разрыхления

Компрессорная кривая отражает некоторую суммарную смену объема пор, которое вызвано общей деформацией сжатии почв, которая складывается из упругих деформаций частиц, изменении ихнего взаимного положения и расстоянии между ними, деформаций водно-колоидных оболочек воды, и других процессов.

Сопротивление почв характеризуем коэффициентом сопротивления смятию, обусловленный нагружением, под действием которой стержень с опорной поверхностью торца 1 см² погрузится на 1 см

Р₀ =

где Р₀ - коэффициент сопротивлению смятию, Н/см³;

P_l - вертикальное нагружение ,которое действует на стержень, Н;

F_l - площадь опорной поверхности стержня, см²;

H - сдвиг опорной поверхности стержня под действием нагрузки P_l, см.

Для обычных песчанно-глинистых почв этот показатель доравнивается 0,02…0,1 мПа. Допустимым нагружением считается такое, при котором опорная поверхность машины погружалась не больше чем на 12 см.

Абразивность - свойство почв с частицами большой твердости изнашивать инструмент, детали рабочих органов, некоторых транспортных узлов и ходового устройства машин.

По мере абразивности принятый относительный износ, измеряемый отношением объемного износа стали ?х_e к объемному износу почв или породы

щ₀ =

где щ₀ - относительный износ стального образца;

?х_n - объемный износ почвы.

На процесс взаимодействии рабочих органов землеройных машин с почвой влияет сопротивление внешнему трению, оцениваемый коэффициент трения между рабочими органами и почвой, который может изменяться в широких границах, в зависимости от состояния почвы. Так, с увеличением давления коэффициент трения увеличивается, а с увеличением влажности почвы - уменьшается. Значение коэффициента трения между рабочим органом и почвой в расчетах можно принимать в следующих границах: м_min = 0,1…0,2 - для влажных глин и м_max = 0,52…0,53 - для кременистых пород.

2. Лабораторное оборудование

Машина для испытания образцов на растяжение - сжатие типа ДМ-30, нагружающие устройство с мерными грузами, тара для измерения объема насыпного груза, штангельциркуль, образцы почвы, плотномер.

3. Порядок выполнения работы

Таблица 1.2

Прочность:

ѓ =

ѓ = ;

ѓ =

1. Сопротивление почвы резанию:

k_F = k_пѓ = 1,6*0,000077= 0,00012;

k_F = k_пѓ = 1,9*0,000092 = 0,00017;

k_F = k_пѓ = 2*0,000095 = 0,00019.

На лабораторной работе мы изучили физико-механические характеристики почв и получили практические навыки в экспериментальных исследованиях механических свойств почв.

Провели измерения плотномером и определили по числу ударов - 4 удара, что категория почв - I-очень слабая: пески, мелкокусковые материалы со слабым сцеплением.

Рассчитали по формулам коэффициенты прочности, сопротивления резанию.

Размещено на Allbest.ru