Реферат: Аналіз та розробка пристроїв для експериментального визначення властивостей ґрунту

Усі твердоміри працюють за єдиним принципом — вдавлювання вимірювального органу в досліджуваний ґрунт. Перед використанням у твердомір вставляють наконечник конічної форми (конус) з відомою площею вдавлювання (для твердих ґрунтів — 1 см² ; для розпушених — 2 см² ). Твердоміри мають самописці, за допомогою яких записують діаграму зміни сил вдавлювання вимірювального конуса в досліджуваний ґрунт. За записаною діаграмою зміни сили вдавлювання вимірювального конуса в ґрунт визначають середню твердість ґрунту Т за формулою:

[6]

де h— середня ордината діаграми, см;

g_П — жорсткість пружини твердоміра, Н/см;

S — площа вдавлювання в ґрунт вимірювального конуса, см² .

На рис. 4 наведено зразок діаграми твердості ґрунту, записаної пристроєм твердоміра.

На діаграмі є кілька фаз. У першій фазі (ділянка ОА) опір ґрунту деформації зростає майже пропорційно глибині занурення конуса в ґрунт до l=l_A =5...6 см. Друга фаза АВ є перехідною. Під час заглиблення в ґрунт вимірювального конуса перед його вимірювальною площиною утворюється конусоподібний наріст з ущільненого ґрунту — ущільнене ядро. В і третій фазі ВС ґрунт деформується конусоподібним наростом, який розклинює його, зміщуючи в боки, і зустрічає при цьому постійний опір — ґрунт "тече".

Перша фаза у кілька разів менш тривала, ніж третя, однак має важливе практичне значення, тому що в реальних умовах деформація ґрунту машинами, як правило, не виходить за межі першої ділянки діаграми (менше l_А ). Тільки після проходу конусом орного шару крива СВ здіймається вгору, оскільки на своєму шляху конус натрапляє на підорну підошву плуга.

Для характеристики ґрунту користуються також коефіцієнтом об'єм ного зминання ґрунту д, Н/см³ , який визначають за формулою:

[6]

де Р_А — сила вдавлювання конуса до точки А діаграми, Н;

l_А — глибина заглиблення конуса, що відповідає Р_А , см.

Для свіжозораного ґрунту коефіцієнт об'ємного зминання дорівнює 1 —2 Н/см³ ,для стерні, парів, лугів — 5—10, для ґрунтової дороги — 50— 100 Н/см³ .

Коефіцієнт об'ємного зминання ґрунту можна використати для визначення затрат роботи на процес зминання. Він також характеризує межунісної здатності ґрунту. Роботу зминання на ділянці ОА (l_А ) визначають за формулою:

[6]

Аналогічно визначають роботу зминання в межах текучості ґрунту на ділянці ВС (див. рис. 1.2).

Теоретично вважають, що на основі діаграми, яку одержують при вдавлюванні в ґрунт металевого конуса твердоміра, можна використовувати такий приблизний вираз (до початку текучості ґрунту під тиском):

[6]

де Р — опір ґрунту вдавлюванню в нього конуса, Н;

q — об'ємний коефіцієнт зминання ґрунту, Н/см³ ;

S - площа основи конуса, або площа зминання, cм² ;

h — глибина занурення конуса в ґрунт, см.

Припускають, що сила опору вдавлюванню в нього конуса пропорційна витісненому об'єму ґрунту:

[6]

Існують конструкції твердомірів, в яких відлік твердості ґрунту ведуть за шкалою приладу.

На основі даних, одержаних за допомогою твердоміра, Н. А. Качинський поділяє ґрунти на такі категорії: Р > 10 МПа — злитий; 5—10 МПа — дуже щільний; 3—5 МПа — щільний; 2—3 МПа — щільнуватий; 1—2 МПа — крихкуватий; до 1 МПа — крихкий.

Крім того на твердість ґрунту значно впливає його вологість з підвищенням вологості ґрунту його твердість зменшується.