2.2. Физико-механические свойства грунтов.

По физико-механическим свойствам грунты различают в зависимости от признаков петрографии и условий залегания (минеральный состав, структура и текстура грунтов); физического состояния (гранулометрической состав, пористость, влажность, температура, теплопроводность, разрыхляемость и уплотняемость); содержащейся в них воды (пластичность, размокаемость, набухаемость, водопроницаемость, липкость); механических свойств (сцепление, сопротивление сжатию, растяжению, сдвигу, резанию, нажатию, внешнему и внутреннему трению, образивность, несущая способность).

В инженерных расчетах при проектировании МЗР чаще всего используются следующие характеристики грунтов: (таблица 2.1) плотность  (отношение массы грунта при естественной влажности грунта к его объему); разрыхляемость, которая определяется коэффициентом разрыхления грунта к_р, представляющим собой отношение объема V_р разрыхленного грунта к объему грунта в его естественном залегании V, т.е. ( ); коэффициенты удельного сопротивления грунта резанию (к) и копанию (к₁), определяемые как отношение усилий затрачиваемых на резание Р_р или копание Р_к грунта к площади вырезаемой стружки F, т.е. ; ; коэффициент внешнего трения (грунта о сталь) μ₁=tg φ₁, (φ₁ угол трения грунта о сталь, который в условиях взаимодействия с рабочим органом машины составляет от 15 до 30⁰, а μ ₁ – соответственно от 0,27 до 0,57); коэффициент внутреннего трения (грунта о грунт) μ₂= tg φ₂ (φ_{2 –} угол внутреннего трения, который в зависимости от влажности грунта может иметь значения от 28 до 45⁰, а μ ₂ – соответственно от 0,53 до 1).

2.3. Способы разработки грунтов.

Разработка грунтов всегда начинается с их разрушения, поэтому в МЗР целесообразно воплощать такие принципы воздействия на грунты, которые соответствовали бы наименьшей энергоемкости их разрушения.

Различают три основных способа разработки грунтов: механический, гидравлический и взрывной.

Механическое разрушение осуществляется сосредоточенным силовым воздействием рабочего органа (ножа, ковша, отвала и др.) на грунтовый массив. Энергоемкость разработки песчанистых и глинистых грунтов этим способом составляет от 0,05 до 0,3 кВт· ч/м³.

Гидравлическое разрушение производят размывом грунта напорной струей воды или всасыванием его со дна водоема в смеси с водой.

Для разработки грунта в этом случае требуется до 4 кВт· ч/м³ энергии и 50-60 м³ воды на 1 м³ грунта.

Взрывное разрушение происходит под давлением газов, выделяющихся при воспламенении взрывчатого вещества, которое закладывают в специально пробуренные в грунте скважины (шпуры) или прорезанные узкие щели или траншеи. Кроме названных, известны также физические и химические способы разработки грунтов.

К физическим способам относят воздействие на грунты ультразвука, тока высокой частоты, температурных изменений (прожигание, оттаивание).

_{Табл. 2.3. Характеристика грунтов I- IV категорий С}у

Категория грунта – вид грунта	Плотность , Т/м3	Число ударов плотномера ДорНии	Коэффициент разрыхления кр	Удельное сопротивление, КПа
				резанию	Копанию при работе к1
				к	Прямыми и обратными лопатами	Экскаваторами непрерывного действия			Траншеекопателями
						Поперечного копания
						роторными	цепными
I- песок, супесь, мягкий суглинок, средней крепости влажный и разрыхленный без включений	1,2-1,5	1-4	1,08-1,17	12-65	18-80	30-120	40-130	50-180	70-230
II – суглинок без включений, мелкий и средний гравий, мягкая влажная или разрыхленная глина	1,4-1,9	5-8	1,14-1,28	58-130	70-180	120-250	120-250	150-300	210-400
III – крепкий суглинок, глина средней крепости влажная или разрыхленная, аргиллиты и алевролиты	1,6-2,0	9-16	1,24-1,3	120-200	160-280	220-400	200-380	240-450	38-660
IV – крепкий суглинок со щебнем или галькой, крепкая и очень крепкая влажная глина, сланцы, конгломераты	2,2-2,5	17-35	1,26-1,37	180-300	220-400	280-490	300-550	370-650	650-800

Химическое разрушение осуществляется переводом грунтов в жидкое или газообразное состояние.

Применяют также комбинированные способы разрушения грунтов: гидромеханический, термомеханический, термопневматический, электрогидравлический, газомеханический, взрывомеханический, взрывогидравлический, электротермический.

Гидромеханический способ применяют в землесосных снарядах, где разрушение грунта производят механически, например, фрезой.

Термомеханический и термопневматический способы находят применение в термобурах. При термомеханическом способе разрушение грунта происходит путем прогрева его высокотемпературной газовой струей и дальнейшего разрушения термоослабленного слоя грунта режущим инструментом. При термопневматическом бурении разрушение и удаление из скважины грунта обеспечивается только высокотемпературной газовой струей. Газовые струи в термобурах образуются при сгорании жидкого топлива и окисления (кислорода, воздуха и др.). их температура достигает 1800-2000⁰ С, а скорость 1400 м/с.

Электрогидравлический способ разрушения грунтов основан на использовании эффекта ударной волны, образующейся в искровом разряде в жидкости. На этом принципе работают электрогидравлические установки для дробления валунов и негабаритных камней, образующихся при взрывном способе разрушения грунтов.

Газомеханический способ разрушения грунтов осуществляется путем подачи импульсами или непрерывным потоком газов под давлением в зону режущей кромки рабочего органа (отвала, ковша), которые разрыхляют грунт и уменьшают сопротивление движению рабочего органа.

Наиболее распространен механический способ разрушения, посредством которого выполняют 85-90% всего объема земляных работ. Достаточно широко применяются также гидравлический и взрывной способы. Физический и химический способы находятся еще в стадии освоения.