Файл: Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов.pdf

3.

Конструкция центробежной машины для

моделирования

Ниже описывается конструкция одной из наиболее

распро­

страненных центробежных машин (рис. 88).

Мощный электромотор А

соединен с

коробкой

скорос­

тей

Б .

От

коробки скоростей к дифференциалу идет

кар­

данный вал

В .

Дифференциал вместе

с вертикальным

ва­

лом

Г

жестко

укреплен на

массивном

бетонном полу

мощ­

ными металлическими швеллерами.

' ^

ги с радиусом

R = 1 м

могут давать до 360 об/мин. Мас­

штаб моделирования такой машины будет равен

примерно

140, а следовательно, соответствующий масштаб

времени

равен 20 0 0 0 ,

т. е. 1 мин

становится эквивалентной

14

суткам.

Если соотношение сил дать с точностью до 0,1

их величи­

ны, то размер

модели не должен превышать + 0,1

R

, т. е.

Одним из приложений метода центробежного

моделирования

может служить определение угла естественного откоса

грун­

та.

Для этого исследуемый грунт помещается в каретку цент­

робежной машины так, чтобы, вращая последнюю, можно

бы­

ло развить значительные центробежные силы, которые

и

должны вызвать обрушение. Абсолютное значение этих

сил,

как известно, определится соотношением:

,

(

120)

г \

гд е

/77

-

м асса и ссл е д уем о го гр у н т а ;

V

-

о круж н ая с ко р о с т ь вращ ения;

R -

радиус вращ ения (до центра т я ж е с т и гр у н т а

в

к а р е т к е ) .

Следовательно, центробежная сила будет равна

С~ 4 Т к 1-

(123)

h y g w = с

или

, 4 i r l k l Rh

(124)

п. ------------------ .

Обычно масштаб моделирования определяется

измерением

числа оборотов и соответствующим подсчетом.

Но в данный

В настоящее

время метод центробежного моделирования

получил всеобщее

признание и в ряде советских научно-ис­

которые позволяют решать самые сложные задачи

статичес­

кого и динамического моделирования грунтовых

оснований,

работающих в разнообразных условиях. Метод

центробежного

моделирования был успешно применен для решения

вопросов

устойчивости высоких насыпей и глубоких выемок,

деформа­

ций горных пород в подземных выработках, определения

оса­

док фундаментов во времени и с учетом сложных

гидрогео­

логических условий. В последнее время центробежное

моде­

лирование применялось для оценки несущей

способности

грунтов лунной поверхности. Современные данные по

этим

вопросам излагаются в следующих работах:

П о к р о в —

с к и й Г.

И., Ф е д о р о в И , С.

Центробежное

модели­

рование в строительном деле. Стройиздат, М.,

1968; П о к ­

р о в

с к и й Г. И., Ф е д о р о в И .

С. Центробежное

мо­

делирование в горном деле. "Недра", М., 1969;

Ч и ж и ­

к о в

П. Г.

Исследование прочности и деформируемости сис­

темы фундамент - грунт. Труды ЦНИИС. "Транспорт".

М.,

1935;

Ч е р к а с о в И. И.,

Ш в а р е в В. В.

Начала

грунтоведения Луны. "Наука".

М., 1 9 7 1 . (Прим, ред,).

Как известно, дисперсные системы могут быть в

различ­

ном состоянии в зависимости от соотношения фаз,

составля­

ющих систему. В практике наблюдается четыре

состояния,

которые и рассматриваются

в книге: 1) однофазная система;

2) двухфазная система

(№

1); 3) трехфазная система;

4)

двухфазная система (№

2).

Однако эти состояния

будут

анализировано трехфазное

состояние.

О д н о ф а з н а я

с и с т е м а .

Практика

показы­

вает, что дисперсные минеральные грунты и торф,

состоящие

в основном из скелета, всегда содержат в лорах этого

ске­

лета некоторое количество воды. Однако в однофазном

грун­

те количество влаги настолько ничтожно

(сухой песок,

раз­

дение этой системы при воздействии на нее внешней

на­

грузки.

ления (без возможности бокового сдвига) 1, то

наступят

де­

формации, распространяющиеся очень быстро (со

скоростью

звука) в данной системе. По мере увеличения давления

де­

формации будут возрастать. Естественно, что с

увеличением

давления система уплотняется, модуль сжатия возрастает,

а

объем дисперсной системы будет стремиться к своей

асимп­

тоте, т. е. к величине объема скелета грунта. Как

известно

из механики грунтов, сжатие самого скелета грунта

практи­

чески можно считать равным нулю. Компрессионная

кривая

для данного случая представлена в общем виде

на

рис. 89,

при этом объем дисперсной системы до начала

деформации

принят равным 1.

П о к р о в с к и й Г. И. и Б у л ы ч е в

В. Г. Труды

БИОС. Сб. № в, 1 9 3 5 .

Увеличение модуля сжатия следует отнести за

счет

увели­

чения площади контакта частиц системы друг с другом

при

сжатии. Если так, то при увеличении сжатия нагрузка

рас­

пределяется на все большую и большую площадь,

а

следова­

тельно, для получения постоянного приращения

деформации

необходимы все большие и большие приращения силы.

Из­

вестными работами проф. Покровского и проф. Лалетина^

до­

казано, что для относительно малых нагрузок в первом

при­

ближении можно считать, что площадь взаимного

контакта

частиц таких систем находится в линейной зависимости

от

действующего давления.

На основании сказанного можно считать, что

приращение

деформации

dS

, происходящее

от

возрастания давления

на

величину

d P

, должно

быть

обратно пропорционально

вели­

чине а (

Р

+ с

), где

а

и

с

- постоянные,

Р —

давление.

Можно поэтому записать

d S

d P

(125)

= а ( Р * с )

Если все. изложенное отнести к единице объема

системы,

то

модуль сжатия

£~0 определяется

так:

Е0 -

d P

= а ( Р + с) .

(126)

d S

Следовательно, модуль сжатия системы должен

возрастать

с

увеличением давления

Р . Кроме того, такая

система

не является линейно-деформируемой

и, более того,

не может

П о к р о в е

к и

й Г.И. и Л а л е ' т и н Н.В.

Труды

ВИОС. Сб. № 6, 1930;

сб. № 34,

1 9 3 1 .