5. Исследование влияния параметров трамбующих рабочих органов и их режимов работы на эффективность уплотнения.
Наиболее полные исследования работы трамбующих машин были проведены Н.Я.Хархута [ 62,63 ] , который поставил задачу нахождения общего метода, пригодного для расчета оптимальной толщины уплотняемого слоя грунта и числа необходимых проходов для любой уплотняющей машины, имеющей трамбующий рабочий орган.
В основу методики исследования были приняты следующие положения:
1.Эффект уплотнения рассматривается как функция удельного импульса ударов:
 (1.20)
где Q - вес рабочего органа;
H- высота падения;
F - площадь;
g - ускорение силы тяжести.
2. Деформации пропорциональны напряжениям, действующим в грунте в процессе уплотнения.
3. Величина импульса может быть приложена за один удар или же за несколько ударов.
4. Предельная толщина уплотняемого слоя соответствует глубине, на которой величина действующего напряжения обеспечивает оптимальную плотность грунта.
При проведении экспериментальных исследований производились замеры напряжений в грунте, времени удара и плотности грунта. Использовались грузы весом 9,92; 9,22; 8,75 кг, имеющие диаметр 200, 300, 400 мм. Величина удельного импульса находилась в пределах 15,7 г.сек/см2 . Кроме указанных грузов применялась взрыво-трамбовка весом 500 кг с удельным импульсом удара 25 г.сек/см2. На рис. 1.13 приведена кривая изменения напряжения во времени, полученная на глубине 40 см при ударе взрывотрамбовки о поверхность уплотненного глинистого грунта. За время удара принималось время повышения напряжения от нуля до максимального значения.
Если участок кривой АВ заменить прямой линией, то, учитывая, что импульс равен изменению количества движения трамбовки, можно получить
 (1.21)
откуда вычисляется величина максимального напряжения
 (1.22)
где τ - время удара.
На основании опытных данных получена зависимость изменения напряжения по глубине уплотняемого слоя
 (1.23)
где σ - напряжение на глубине
σ0 - напряжение на поверхности грунта;
h - глубина рассматривавши точки;
D - диаметр трамбовки;
c и n - коэффициенты, приведенные в таблице 1.4.
Таблица 1.4.
|
Грунт |
с |
n |
|
Песчаный рыхлый |
5,5 |
1.2 |
|
Глинистый рыхлый |
3,9 |
1.1 |
|
Песчаный и глинистый плотный |
1,6 |
0,9 |
Опыты показали, что напряжение, необходимое для доведения данного грунта до оптимальной плотности должно быть большим по мере увеличения глубины (рис. 1.20).
На основании экспериментальных данных и вычислений построены зависимости предельной толщины уплотняемого слоя от удельного импульса одного удара требующего рабочего органа (рис. 1.21), а также графики необходимого числа ударов по одному месту для доведения слоя оптимальной толщины до необходимой плотности (рис.1.22).
Исследования Я.Л.Хархута по уплотнению грунтов трамбующими рабочими органами показали следующее:
1. Распределение напряжений в грунте по глубине подчиняется зависимости (1.23). Из этой зависимости следует, что напряжения с увеличением глубины падают интенсивнее в песчаных грунтах, чем в глинистых рыхлых, и менее интенсивно в плотных грунтах обеих типов. Это свойство улучшает передачу напряжений в глубину по мере уплотнения грунта рядом последовательных ударов трамбующего рабочего органа.
2. При приложении к поверхности грунта одной и той же суммы удельных импульсов, плотность выше там, где удельный импульс одного удара больше.
3. Влажность и гранулометрический состав грунта влияют на распределение напряжений по глубине незначительно.
Для оценки эффекта уплотнения согласно зависимости (1.22) необходимо знать закономерность изменения напряжения во времени и время удара. В описанных выше опытах Н.Я.Хархута принимал за время удара время нарастания напряжеиного состояния, а Н.П.Вощинин [15] - время, необходимое для максимального заглубления в грунт рабочего органа. Позднее Н. Я. Хархутой была принята трактовка времени удара, близкая к трактовке Н.П,Вощинина, но с учетом возможной задержки в развитии деформации в силу реологических свойств грунтов, что по его мнению, может иметь значение при относительно высоких плотностях последних.
В настоящее время решен ряд конкретных задач, направленных на вычисление времени удара. В результате опытов, проведенных А.Н.Динником [24] , установлено, что время удара зависит от материала соударяющихся тел, и в частности, от модуля упругости. На время оказывает влияние форма и размеры тел, а также параметры удара, в частности скорость соударения.
Считая, что для данного грунта время удара зависит от величины деформации, а последняя определяется действующий напряжениями и, следовательно, величиной удельного импульса удара Н. Я. Хархута полагает, что в первом приближении значение времени удара можно принимать в зависимости от величины удельного импульса Iуд . Зависимость времени удара от величины удельного импульса, полученная опытным путем, представлена графиком на рис.1.24.
Значение времени удара для грунтов различных видов и плотностей, полу-ченные в результате испытаний трамбующих машин, представлены в табл. 1.5.
Таблица 1.5
| Состояние грунта |
По опытам Хархута для взрывтрамбовки весом 500 кг при грунтах |
По опытам Вощинина для связного грунта при весе трамбовки, в кг |
|
связный |
несвязный |
Д65 |
1210 |
1465 |
| Рыхлый |
0,035 |
0,024 |
0,065 |
0,076 |
0,110 |
| Плотный |
0,017 |
0,012 |
- |
- |
- |
Опыты показали, что изменение времени удара по мере уплотнения грунта подчиняется закономерности экспоненциальной кривой. Время удара τn , соответствующее какому-то промежуточному удару n может быть определено по формуле:
где τк - время удара, соответствующее уплотненному состоянию грунта;
n0 - общее количество ударов, необходимое для доведения грунта до оптимальной плотности;
α - коэффициент, зависящий от вида грунта и зная значение удельного импульса удара Iуд и времени удара τ, Хархута находит максимальную величину развивающегося на поверхности грунта напряжения по следующей зависимости:
В случае свободного падения трамбовки
Интересны опыты К.Л.Вощинина по уплотнению грунта трамбующей плитой с выпуклой рабочей поверхностью. Использовалась плита со следующими параметрами:
вес плиты - 1200 кг;
площадь рабочей поверхности - 0,65 м2;
диаметр плиты - 91 см.
Высота подъема плиты составляла 2 м, измерение плотности грунта производилось после нанесения 4 ударов по одному месту. Были получены три кривых изменения плотности грунта по глубине уплотняемого слоя, в зависимости от расположения точек по отношению к контуру плиты: в центре и вблизи контура ее внутри и вне последнего. Результаты уплотнения представлены на рис. 1.23. Из рассмотрения кривых следует, что выпуклая поверхность приводит к весьма не равномерному уплотнению грунта вблизи контура плиты. Так, при выпуклой плите достигается значительное уплотнение до глубины 25-30 см под центром, затем начинается резкое понижение плотности до глубины 40 см. Сравнение приведенных кривых для описываемой плиты с кривой уплотнения грунта плитой с плоской рабочей поверхностью говорит в пользу последней. Однако, вследствие увеличенного удельного давления в центре выпуклой плиты имеют место лучшие показатели уплотнения на глубине (начиная с глубины 85-90 см), нежели у плиты с плоской рабочей поверхностью.
| 
