Экспериментальное исследование течения сыпучей среды при движении подпорной стенки и поступательном перемещении шероховатой пластины
Выявление, описание основных причин разрушения массивов из зернистых геоматериалов. Текущие значения смещений точек вертикального "выпучивания" поверхности образца после нестесненного деформирования уплотненного песка на максимальной амплитуде скольжения.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.10.2018 |
| Размер файла | 2,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Экспериментальное исследование течения сыпучей среды при движении подпорной стенки и поступательном перемещении шероховатой пластины
А.П. Бобряков, В.П. Косых
Потеря устойчивости геоматериалов проявляется как в природе (оползневые явления, землетрясения), так и в инженерных сооружениях, таких как, грунтовые плотины, высокие автомобильные и железнодорожных насыпи, борта карьеров, подпорные стенки и др. [1, 2].
Разрушение массивов из зернистых геоматериалов связано с образованием поверхностей скольжения, на которых реализуется предельное состояние, когда отношение касательных и нормальных напряжений становится критическим. Величина этого отношения зависит от многих факторов: влагонасыщенности, температуры, истории нагружения, пористости, грансостава, формы частиц и т.д. При прочих равных условиях, достижение предельного состояния связано с предварительной деформацией, изменяющей пористость материала до критического значения, при которой образуются линии скольжения и материал теряет устойчивость [3].
Эксперименты проводились на плоском стенде, имеющем прозрачные боковые стенки. Нагружение материала (кварцевый песок со средним размером частиц 0.3 мм) осуществлялось поворотом подпорной стенки против часовой стрелки от начального положения () до вертикали () как показано на рис. 1 а. Через каждые 0.5 градуса измерялись координаты отдельных частиц и вычислялись их скорости.
Деформация материала сопряжена с его вытеснением в прилегающей к стенке области (очаге деформации) в сторону массива и вверх (рис.1 б,в). Направление векторов скоростей частиц, имеющих одинаковые координаты, приблизительно сохраняется, однако модули их при увеличении угла поворота возрастают. Из рисунков так же следует, что с увеличением угла возрастает и очаг деформации.
а б в
Рис. 1. Экспериментальный стенд (а) и поля скоростей (б, в) для двух положений стенки:
б - в начале опыта (); в - в конце ()
По результатам измерений были определены текущие значения изменений относительного объема материала
,
где и - начальный и текущий объем всего образца сыпучего материала соответственно. График изменений образца в зависимости от угла поворота стенки показан на рис. 2а, из которого видно, что при уменьшении угла материал, по отношению к недеформированному состоянию, разрыхляется. Этот график отражает интегральное изменение пористости образца, хотя наиболее информативным, с точки зрения механизма образования линий скольжения, является ее локальное изменение.
а б в
Рис. 2. Относительное изменение объема образца (а) и изолинии объемной деформации (б, в) при двух положениях стенки: б - ; в -
Оказалось, что пористость в очаге деформации неоднородна: образуются некоторые области уплотнения и разрыхления материала, которые, при увеличении деформации постепенно объединяются и, в конце концов, определяют направление зон ослабления и разрушения (линий скольжения). На рис. 2 б показаны изолинии объемной деформации материала до образования линий скольжения, а на рис. 2 в - после их образования. Видно, что более светлые области, отражающие меньшую плотность, группируются вдоль направления линий скольжения.
Потеря устойчивости среды так же связана с землетрясениями - мгновенным высвобождение энергии за счет разрыва горных пород, либо постепенно ускоряющегося движения бортов уже существующего разлома, которое завершается динамической подвижкой и излучением сейсмических волн. Сам разлом может быть заполнен кусками обломочного материала, перемешанного с мягким грунтом. В [4] сделан вывод о том, что “песчаная прослойка удачно воспроизводит основные закономерности, присущие деформированию межблоковых контактов в скальных породах”. На рис.3 а приведена схема нагружения, моделирующая процесс.
а б
Рис. 3. Схема нагружения (а) и диаграммы касательных напряжений (б), измеренные на скользящей пластине, для разных толщин L (мм) деформируемой прослойки песка: L = 13 (1); 20 (2); 25 (3); 32 (4); 45 (5); 85 (6)
Металлическая подвижная пластина 1 нагружалась сдвигающими усилиями T через пружину 2 относительно неподвижной пластины 3. В качестве прослойки 4 использовался кварцевый песок со средним размером частиц 0.3 мм, который испытывал деформацию сдвига в стесненных условиях.
Степень стеснения деформаций оценивалась по усилиям смещений подвижной пластины при вариации толщины L прослойки материала. Диаграммы нагружения приведены на рис. 3 б, из которых видно, что по мере приближения к неподвижной пластине сопротивление смещению S возрастает; максимальное сопротивление прослойки песка при сдвиге, по сравнению с нестесненным деформированием, составило более чем восьмикратное увеличение.
Эксперименты показали, что при активизации смещений пластины, имитирующей край борта разлома, процесс сопровождается расширением объема материала. На рис. 4 приведены максимальные вертикальные смещения точек поверхности образца с формированием наклонного профиля при удалении от пластины.
Рис. 4 Текущие значения смещений точек вертикального “выпучивания” поверхности образца после нестесненного деформирования уплотненного песка на максимальной амплитуде скольжения в зависимости от расстояния до подвижной пластины (профиль дневной поверхности)
В натурных условиях наклоны земной поверхности измеряются наклономерами, устанавливаемыми вблизи разломов, указывая на изменение наклонов незадолго до возникновения землетрясений. На рассмотренной модели, содержащей сухое трение среды и упругий элемент нагружения, получено, что при постоянной скорости нагружения, подвижная пластина не движется с той же скоростью, а совершает прерывистое, скачкообразное скольжение с ускорением и последующим торможением.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 12-05-00540).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Адушкин В.В. Триггерные эффекты при образовании оползней / Триггерные эффекты в геосистемах: сб. науч. тр. -- М.: ГЕОС, 2010.
Черный Г.И. Устойчивость подрабатываемых бортов карьеров. - М.: Недра,1980. зернистый геоматериал деформирование скольжение
Tatsuoka F., Sakamoto M., Kawamura T., Fukushima S. Strength and deformation characteristics of sand in plane strain compression at extremely low pressures // Soils and Foundations. 1986. Vol. 26, No. 1, 65-84.
Кочарян Г.Г., Кулюкин А.А., Павлов Д.В. Некоторые особенности динамики межблокового деформирования в земной коре // Геология и геофизика. 2006. Т. 47, № 5, 669-683.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Законы сохранения энергии. Мера кинетической энергии при поступательном и вращательном движении. Консервативные и неконсервативные силы. Сила тяжести и упругости. Импульс замкнутой системы материальных точек. Движение пули после столкновения с шаром.
презентация [481,6 K], добавлен 21.03.2014Решение задачи на определение скоростей и ускорений точек твердого тела при поступательном и вращательном движениях. Определение кинетической энергии системы, работы сил, скорости в конечный момент времени. Кинематический анализ многозвенного механизма.
контрольная работа [998,2 K], добавлен 23.11.2009Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Расчет режимных и конструктивных характеристик ступеней сепарации пара. Определение толщины стенки коллектора на периферийном участке. Гидравлический расчет первого контура.
курсовая работа [456,5 K], добавлен 13.11.2012Экспериментальное изучение теплоотдачи конвекцией от вертикального цилиндра к закрученному потоку воздуха в циклонной камере. Расчет статистических показателей, характеризующих отклонение опытных точек от рекомендуемой зависимости, оценка погрешностей.
курсовая работа [982,8 K], добавлен 20.07.2014Определение температурного напора при термических процессах и расчет его среднелогарифмического значения. Исследование эффективности оребрения поверхности плоской стенки в зависимости от коэффициента теплопроводности при граничных условиях третьего рода.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 07.03.2010Сущность закона определения максимальной силы трения покоя. Зависимость модуля силы трения скольжения от модуля относительной скорости тел. Уменьшение силы трения скольжения тела с помощью смазки. Явление уменьшения силы трения при появлении скольжения.
презентация [265,9 K], добавлен 19.12.2013Энергетическая теория прочности Гриффитса. Растяжение и сжатие как одноосные воздействия нагрузки. Деформированное состояние в стержне. Зависимость компонентов тензора напряжения от ориентации осей. Теория Ирвина и Орована для квазехрупкого разрушения.
курс лекций [949,8 K], добавлен 12.12.2011Силы, возникающие между соприкасающимися телами при их относительном движении. Определение величины и направления силы трения скольжения, закон Амонтона—Кулона. Виды трения в механизмах и машинах. Сцепление с поверхностью как обеспечение перемещения.
презентация [820,2 K], добавлен 16.12.2014Характеристика турбулентного режима течения, определение ее зависимости от числа Рейнольдса. Значения абсолютной и эквивалентной шероховатости труб из некоторых материалов. Режимы течения в гидравлически гладких трубах, описание специальной установки.
реферат [347,2 K], добавлен 18.05.2010Начальные параметры ударной волны, образующейся движением пластины. Параметры воздуха на фронте ударной волны в момент подхода волны к преграде. Расчет параметров продуктов детонации в начальный момент отражения от жесткой стенки и металлической пластины.
курсовая работа [434,5 K], добавлен 20.09.2011История возникновения силы трения - процесса взаимодействия тел при их относительном движении (смещении) либо при движении тела в газообразной или жидкой среде. Возникновение сил трения скольжения и покоя на стыке соприкасающихся тел, способы уменьшения.
реферат [1,2 M], добавлен 30.07.2015Произвольное плоское движение твердого тела. Три независимые координаты. Скорости точек тела при плоском движении. Угловая скорость вращения фигуры. Мгновенный центр скоростей и центроиды. Ускорения точек при плоском движении. Мгновенный центр ускорения.
презентация [2,5 M], добавлен 24.10.2013Определение понятия "электропривод". Режимы его работы и классификация. Уравнения движения электропривода при поступательном и вращательном движении. Влияние различных параметров на вид скоростных (механических) характеристик двигателя постоянного тока.
контрольная работа [472,2 K], добавлен 09.04.2009Экспериментальное исследование влияния механической нагрузки и акустической эмиссии на скорость коррозионно-механического разрушения стальной проволоки в водном растворе серной кислоты. Строение установки для исследования процессов растворения метала.
статья [150,9 K], добавлен 14.02.2010Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителей; естественной конвекции, изменении агрегатного состояния вещества. Движение жидкости около горизонтальной и вертикальной поверхности. Значения коэффициента теплоотдачи для разных случаев теплообмена.
презентация [1,3 M], добавлен 24.06.2014Трение как процесс взаимодействия твердых тел при относительном движении либо при движении твердого тела в газообразной или жидкой среде. Виды трения, расчет трения покоя, скольжения и качения. Расчет коэффициентов трения для различных пар поверхностей.
практическая работа [92,5 K], добавлен 10.05.2010Демонстрация режимов течения жидкости и экспериментальное определение критических чисел Рейнольдса для труб круглого сечения. Структура и основные элементы установки Рейнольдса, ее функциональные особенности и назначение, определение параметров.
лабораторная работа [29,2 K], добавлен 19.05.2011Определение основных характеристик передачи гибкой связью (ременной передачи). Определение передаточного числа передачи гибкой связью с учетом скольжения. Расчет величины относительного скольжения и общего коэффициента полезного действия передачи.
лабораторная работа [22,8 K], добавлен 28.06.2013Элементы механики сплошных сред. Энергия деформирования. Теоремы о минимуме. Модель среды с малой объемной долей включений. Полидисперсная модель, свойства среды с малой объемной долей произвольно ориентированных тонких пластинчатых включений.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 30.07.2011Понятие работы и мощности, их измерение. Взаимосвязь между работой и энергией. Кинетическая и потенциальная энергии. Закон сохранения энергии и импульса. Столкновение двух тел. Формулы, связанные с работой и энергией при поступательном движении.
реферат [75,6 K], добавлен 01.11.2013
