|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
2,0 |
|
|
|
|
|
|
, МПа |
1,5 |
Rс=1,15 |
|
|
|
|
|
1,0 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
,R |
|
|
|
|
|
1/r |
|
пенетрації |
0,50 |
|
|
1/r0 |
|
W0=0,140 |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
0,45 |
|
|
|
|
|
W0=0,150 |
|
0,40 |
|
|
|
|
|
||
0,35 |
|
|
|
|
|
W0=0,160 |
|
0,30 |
|
|
|
|
|
||
опір |
|
|
|
|
|
||
0,25 |
|
|
|
|
|
W0=0,170 |
|
0,20 |
1/ρdLR=0,3780LR+0,1562-0,0590lg R |
|
|
|
|||
Питомий |
|
|
W0=0,180 |
||||
0,15 |
|
|
R0 |
|
|
W0=0,190 |
|
LR=1-0,7908(1-Sr) |
R0=0,1 МПа |
|
|
||||
|
|
|
|||||
0,10 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
W0=0,200 |
||
|
0,050,45 |
|
1/dс=0,546 |
Sr=1,0 |
Sr=0,830 |
|
|
|
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,70 |
||
|
|
|
|
Питомий об’єм сухого ґрунту 1/ρd, см3/г |
|
||
Рис. 11.23. Номограма пенетрації
Візьмемо, наприклад, значення вологості W=0,150, потрібне значення щільності сухого ґрунту ρdc=1,83 г/см3 (1/ρdc=0,546 см3/г). Для контрольного значення 1/ρdc=0,546 см3/г, контрольне значення питомого опору пенетрації Rc=1,15 МПа. Це значення і є критерієм достатності ущільнення ґрунту.
Практична перевірка показала, що похибки визначення щільності сухого ґрунту з використанням пенетраційної методики не перевищують 0,02 г/см3.
11.5. ВИЗНАЧЕННЯ ОПТИМАЛЬНИХ ХАРАКТЕРИСТИК УЩІЛЬНЕННЯ З УРАХУВАННЯМ ПАРАМЕТРІВ МЕХАНІЗМІВ ДЛЯ УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТУ
Досвід виробничого ущільнення показує, що закладені у проект значення максимальної щільності сухого ґрунту й оптимальної вологості у багатьох випадках не враховують можливостей їх досягнення тими засобами ущільнення, які є, або відсутні рекомендації до досягнення цих характеристик конкретним типом ущільнювача.
Для об’єктивного призначення оптимальних характеристик ущільнення за даними лабораторних випробувань необхідно, щоб параметри ударного навантаження у лабораторних умовах були пропорційні величині максимального контактного тиску, котрий розвиває ущільнювач. Таким чином, для встановлення пропорційного зв’язку між лабораторним і виробничим ущільненням потрібно знати величини максимальних контактних тисків.
У випадку вільного падіння трамбуючого робочого органа максимальний контактний тиск може бути знайдений із виразу
σmax = |
0,46Gtr Kt |
H p |
|
, кПа, |
(11.36) |
|
|
|
|||
|
Act |
|
|||
де Gtr – вага трамбуючого органа, кН; Hp – висота падіння, см; Ac – площа контактної повер-
хні, см2 ; t – час удару, с; Kt – коефіцієнт, що враховує незбіжності часу закінчення удару з моментом максимуму тиску.
Коефіцієнт Kt характеризує відставання процесу розвитку деформації ґрунту від зміни
291
V |
= |
60 |
N |
DBs |
|
, кПа−1, |
(11.41) |
P |
P D2 B |
|
|||||
2 |
|
|
|
|
|||
|
|
ω |
ω |
|
|
|
|
де Pω – тиск повітря в шині, кПа; N – навантаження на колесо, кН; D – зовнішній діаметр шини, см; B – ширина профілю шини, см.
Взаємний зв’язок між результатами виробничого та лабораторного ущільнення базується на пропорційному призначенні ударного навантаження в лабораторних умовах згідно з параметрами механізму для ущільнення ґрунтів.
Дослідним шляхом установлені значення коефіцієнтів пропорційності між максимальними контактними тисками у лабораторних і польових умовах, які забезпечують збіжність значень оптимальної вологості і максимальної щільності сухого ґрунту. Коефіцієнти пропорційності Kc приймають рівними: 7 – для механізмів на пневматичних шинах, 5 – для гладкобарабанних і 0,5 – для кулачкових котків.
Визначення оптимальних характеристик ущільнення з урахуванням параметрів механізмів для ущільнення виконують у такій послідовності:
1.Визначають максимальний контактний тиск для виробничого ущільнення σmax, використовуючи формули 11.37÷11.39.
2.Визначають пропорційний максимальний контактний тиск у лабораторних умовах
σmax ℓ=KС·σmax, який забезпечить збіжність результатів виробничого і лабораторного ущільнення.
3.Використовуючи вираз 11.36, розраховують параметри ударного навантаження в лабораторних умовах, які забезпечать потрібний максимальний контактний тиск σmax ℓ.
4.Виконують лабораторні дослідження методом динамічного ущільнення й визначають оптимальну вологість та максимальну щільність сухого ґрунту.
Як відомо, оптимальну вологість і максимальну щільність сухого ґрунту відповідно до нормативних документів у лабораторних умовах визначають за методом стандартного ущільнення. Але результати ущільнення, отримані за цим методом, є окремими випадками залежностей між максимальними контактними тисками і характеристиками ущільнення. Тому для використання результатів стандартного ущільнення стосовно конкретного ущільнювача необхідно ввести поправки на фактичну величину максимальних контактних тисків у кінці ущільнення.
Наближене значення оптимальної вологості можна визначити з виразу
Wopt ≈Wopt st − 0,33(WL −Wcon )lg KС σ max σ max st , |
(11.42) |
де Wopt st – значення оптимальної вологості за результатами стандартного ущільнення; KС – коефіцієнт пропорційності між максимальними контактними тисками у лабораторних і польових умовах; σmax та σmax ℓ st – відповідно значення максимальних контактних тисків у польових умовах і для характеристик стандартного ущільнення (для суглинків σmax ℓ st=2,67 МПа).
Орієнтовне значення максимальної щільності сухого ґрунту можна розрахувати за формулою
|
ρs (1 −Vc a ) |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
K |
С |
σ |
max |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(11.43) |
||
ρd max ≈ ρd max st + |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
|
|
|
|
lg |
|
|
|
|
||
3 |
ρ |
|
+W |
ρ |
|
ρ |
|
+W |
ρ |
|
σ |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
w |
L |
|
s |
|
w |
con |
|
s |
|
max st |
|
|
||||
де Vca – відносний вміст затисненого повітря у кінці ущільнення (Vca=0,03÷0,05); ρd max st – максимальна щільність сухого ґрунту, отримана за результатами стандартного ущільнення.
Одним із важливих питань при проектуванні процесу ущільнення є визначення загальної кількості роботи, яка потрібна для досягнення необхідних характеристик ущільненого ґрунту. Розглянемо вплив роботи й характеристик ущільнюючого навантаження на кінцеві результати ущільнення.
Рівновага будь-яких сил можлива лише у тому випадку, коли фізичні причини здатні викликати рух, компенсують одна одну при сумісній дії. Оцінюючи ці причини за результатом дії, можна характеризувати їх як зовнішні сили. Таке розуміння відповідає основним по-
293
Величина KA у формулі (11.54) залежить від величини деформації ущільнення і початкової товщини шару. При використанні методу динамічного ущільнення замість зміни висоти шару зручніше використовувати зміну питомого об’єму сухого ґрунту. Для графічного оформлення результатів ущільнення зручніше взамін натуральних використовувати десяткові логарифми. З урахуванням цих умов одержимо
KA = |
(1 ρd 0 |
−1 ρdi )h0 |
. |
(11.56) |
|
2,303 1 |
ρd 0 lg Ei E0 |
||||
|
|
|
За допомогою формули (11.54) можливо визначити загальну роботу ущільнення для досягнення заданого ступеня щільності. Ця умова виконується при вологостях, близьких до оптимальної для використаного ущільнювача.
Робота одного удару при динамічному ущільненні, віднесена до одиниці початкового об’єму зразка, складає
′ |
= PgH V0 , |
(11.57) |
Awl0 |
де P – маса вантажу, кг; H – висота падіння, см; V0 – початковий об’єм зразка, см3; g – прискорення сили тяжіння, що дорівнює 9,807 м·с-2.
Роботу, яка потрібна для ущільнення ударним навантаженням одиниці об’єму ґрунту до максимальної щільності, можна визначити з виразу
′ |
′ |
n , |
(11.58) |
Awl = Awl0 |
|||
де n – кількість ударів, необхідна для ущільнення до максимальної щільності сухого ґрунту при оптимальній вологості.
У польових умовах загальну величину роботи можливо визначити за формулою (11.54) або з використанням залежності (11.58). Роботу ущільнення на протягом одного циклу можна визначити за величиною тягового зусилля, якщо відомі характеристики котка і товщина ущільненого шару. Питома робота ущільнювача впродовж циклу становить
′ |
(11.59) |
Aw = TL V , |
|
де T – тягове зусилля, Н; L – шлях, пройдений котком, см; V – початковий об’єм ущільненого |
|
ґрунту, см3. |
|
Тягове зусилля, потрібне для ущільнення ґрунту, можна визначити з виразу |
|
T = Pgf , |
(11.60) |
де P – маса котка, кг; g – прискорення сили тяжіння; f – коефіцієнт опору перекочуванню. Для механізмів на пневматичних шинах f=0,06÷0,20, fm=0,12; для гладкобарабанних
котків f=0,05÷0,20, fm=0,11; для кулачкових котків f=0,25÷0,30, fm=0,12.
Якщо вважати, що шлях котка дорівнює одиниці, вираз для визначення середньої питомої роботи протягом циклу буде мати вигляд
′ |
Bh0 , |
(11.61) |
Awm = Pg fm |
де B – ширина ущільненої смуги ґрунту.
Після визначення потрібної загальної роботи ущільнення і середньої питомої роботи протягом циклу можна визначити потрібну кількість проходів котка у польових умовах:
′ |
′ |
(11.62) |
Nc = Awl |
Awm . |
Найбільш вдалим є такий вибір початкової висоти зразка h0 для лабораторного ущільнення, коли питома робота удару буде дорівнювати середній питомій роботі ущільнювача протягом циклу. У такому випадку кількість дій при лабораторному та польовому ущільненні буде збігатися.
′ |
(11.63) |
h0 = P g H A Awm , |
де A – площа зразка, см2 .
Між кількістю ущільнюючих дій у польових і лабораторних умовах можна встановити таку залежність:
′ |
′ |
(11.64) |
Nc = nAwm |
Awl0 . |
На основі формул (11.54÷11.62) можливо виконати розрахунок потрібної кількості дій
295