Dessadecor-nn.ru

Журнал Dessadecor-NN
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Коэффициент угол естественного откоса

2. Определение угла естественного откоса песчаного грунта

Цель работы:

Ознакомление с методикой определения угла естественного откоса для песчаных грунтов.

Приобретение навыков в работе с прибором для определения угла естественного откоса сыпучих грунтов.

Определение угла естественного откоса песка в воздушно-сухом и подводном состоянии.

Необходимое оборудование и материалы

Методические указания к выполнению работы.

Журнал лабораторных работ.

Прибор для определения угла естественного откоса полевой лаборатории Литвинова.

Емкость с водой.

Отсутствие сцепления в песках позволяет определять угол внутреннего трения φ 0 по углу естественного откоса грунта в условиях предельного равновесия (рис. 2.3.).

Рис.2.3. Схема к определению угла естественного откоса песчаного гранта.

T1=

где φ – угол внутреннего трения; tg φ – коэффициент трения

Углом естественного откоса песчаного грунта называют максимальное значение угла, образуемого с горизонтальной плоскостью, поверхностью грунта, отсыпанного без толчков и динамических воздействий.

Угол естественного откоса определяют для песчаного грунта в воздушно-сухом состоянии и под водой. Для испытания используем прибор Литвинова.

Порядок выполнения работы

Определение угла естественного откоса грунта в воздушно-сухом состоянии производят следующим образом. Прибор устанавливают на стол, выдвижная створка при этом опущена до дна. В малое отделение прибора до верха засыпают испытываемый песок (рис.2.4). После этого постепенно поднимают выдвижную створку без толчков; при этом прибор придерживают рукой. Грунт постепенно частично пересыпается в другое отделение до наступления положение равновесия.

Рис. 2.4. Общий вид прибора для определения угла естественного откоса песков (Ящик Кулона).

Угол между плоскостью свободного откоса и горизонтальной плоскостью и есть угол естественного откоса. По делениям на днище и боковой стенке отсчитывают высоту и заложение откоса и вычисляют тангенс угла естественного откоса; отсчеты ведут с точностью до 1мм.

Определение угла естественного откоса грунта в подводном состоянии отличается от предыдущего тем, что после того, как в малое отделение прибора насыпают испытываемый грунт, в большое отделения до верха наливают воду. Верхнюю створку подымают на несколько миллиметров, чтобы вода могла проникнуть в малое отделение. Когда весь грунт пропитается водой, поднимают створку выше и испытание продолжают так же, как и предыдущее. Результаты испытаний заносят в таблицу 2.4.

Производительность скрепера и бульдозера

где E — геометрическая емкость ковша скрепера или объем вала впереди ножа бульдозера на горизонтальном участке, м3;

р — коэффициент разрыхления породы в ковше;

nн — коэффициент заполнения ковша у места доставки, зависящий от крепости и способа выемки породы.

Вал породы, перемещаемый бульдозером, имеет сложные очертания. С боковых сторон (рис: 11) угол вала 6; 12; 4 соответствует углу естественного откоса разрыхленных пород. При перемещении переувлажненных пород, когда этот угол менее 32°, вершина вала не достигает верхней грани ножа, и вал приобретает очертания, близкие к треугольной пирамиде (рис. 11, а). В этих случаях высоту вала определяют по уравнению

где Д — длина ножа, м;

b — угол естественного откоса разрыхления пород, град;

o = ctg b — коэффициент заложения бокового откоса вала.

Угол б для песчано-глинисто-галечных пород при влажности 12—20% находится в пределах b = 32—40°, а при влажности 30— 35% снижается до b = 7—12°.

В наиболее распространенных условиях угол б больше 32°, поэтому вал имеет высоту, равную высоте ножа, а на уровне верхней его кромки (рис. 11, б) образуется почти горизонтальный гребень U = [7, 8]. Размеры этого гребня определяются уравнением

где В — высота ножа, м;

m — глубина борозды, м.

Вал занимает пространство впереди ножа на расстоянии L, которое зависит от длины ножа и угла откоса в передней части вала.

На горизонтальной поверхности эта величина определяется уравнением

где b1 — средний угол откоса 6, 10, 13 в передней части вала, град;

е, е — опытные коэффициенты; для бульдозеров мощностью 108— 180 л. с. они равны е = 0,6; е = 0,01;

w — коэффициент борозды; в зависимости от глубины он имеет следующие значения: m. 0; 0,1 м, 0,2 м; 0,4 м; w. 1; 1,02; 1,06; 1,17;

х — степенной показатель; на основании отдельных опытов этот показатель может быть принят равным х = 0,5.

где b1 — ctg b1 — коэффициент заложения переднего откоса вала.

При перемещении вала породы по борозде глубиной т или по полосе с боковыми валиками объем вала возрастает из-за образования призматической его части (рис. 11, в), т. е. величин L и l. Необходимо, чтобы бульдозером можно было перемещать вал не только на горизонтальной поверхности, но и на подъемах. Поэтому возможность перемещения наибольшего его объема E следует проверять по наибольшему тяговому усилию трактора, исходя из силы сцепления гусениц:

где T — тяговое усилив на крюке при движении на первой скорости, или сила сцепления, кгс;

e— коэффициент запаса мощности или сцепления (e = 1,1 /1.2);

у — объемный вес породы в разрыхленном состоянии, кг/м3;

f — коэффициент трения вала породы при перемещении по борозде; для песчано-глинистых пород при влажности не более 20% f = 0,4/0,7; при разжиженных породах коэффициент трения уменьшается;

gт — масса бульдозера, кг; б — угол подъема выезда, град;

ор — удельное сопротивление пород резанию, кгс/см2; для глинистых пород ор = 0,8/2, для песчанистых пород ор = 0,5/0,7;

Д — длина ножа, см; d — толщина подрезаемой стружки, см.

Во время перемещения, когда подрезку стружки прекращают, третий член уравнения в числителе равен нулю.

Объем вала, который может разместиться перед ножом, по теоретическим уравнениям определяется приближенно, так как очертания вала сложные и непрерывно меняются в зависимости от условий выемки и перемещения. Поэтому удобнее этот объем определять, подразделяя его на простейшие геометрические тела.

Читать еще:  Мой игрушечный поезд летит под откос

В общем виде при образовании вала в борозде объем подсчитывается по уравнению И. Шаповаловой:

Первый член уравнения выражает объем задней части вала 1; 14; 7; 5; 9; 15; 3; 4; 5; 6; 12; 2; 1, а второй член — объем передней части 2; 12; 6; 5; 4; 3; 11; 10; 2.

При выводе уравнения принята прямолинейная форма ножа, соответствующая линии 2; 4 (рис. 11, г). При сложной форме ножа следует вносить поправку в объем вала в зависимости от соотношения площадей 1; 2; 3 и 2; 4; 5. Для большинства конструкций с прямыми несферическими ножами эта поправка не превышает точности подсчета объема. Если величина l и U получаются отрицательными, то при расчете их необходимо принимать равными нулю. Если борозда отсутствует, объем вала определяют, принимая т = 0.

Объем перемещаемого вала бульдозером мощностью 100 л. с. при влажности 10—20% составляет: для пород II—III категорий 1,5—1,7 м3 измеренных в целике; IV категории 1—1,3; V категории 0,5—0,6; для взорванных мерзлых пород 1,1-1,2; для переувлажненных с 30—40%-ной влажностью 0,3—0,5 м3. Для более мощных бульдозеров объем вала увеличивается: 130 л. с. — в 1,2 раза; 180 л. с. — в 1,5; 250 л. с. — в 2,4 и 385 л. с. — в 3,3 раза.

Приведенные выше уравнения определяют объем вала, который может разместиться впереди ножа на горизонтальной плоскости. Объем породы, доставляемой к месту разгрузки, зависит не только от объема перемещаемого вала, но и от условий его перемещения, определяемых наклоном поверхности и способом выемки.

При перемещении вала под уклон (рис. 10, в) протяженность вала впереди ножа возрастает, поэтому возможно разместить и перемещать большой объем породы. На подъеме (рис. 10, г), наоборот, протяженность вала и размещаемый в нем объем уменьшаются. Изменение объема вала на наклонном пути происходит постепенно, поэтому на его объем оказывает влияние также и протяженность этого пути.

Способ выемки предопределяют не только условия выемки, но и перемещения вала по поверхности или в борозде. От этого зависят потери породы вследствие отсыпки ее из вала в стороны.

Все эти особенности процесса выемки и доставки пород бульдозером учитываются коэффициентом заполнения ножа nн, который равен отношению доставленного объема вала у места разгрузки к объему вала, набранного в забое:

где nн — коэффициент заполнения ножа у места доставки;

v — коэффициент наклона пути;

lc — среднее расстояние доставки по горизонтам, м;

ly — средняя протяженность наклонного пути по горизонтам, м;

v — опытный коэффициент; для бульдозеров мощностью 100 л. с. v = 0,8;

e — коэффициент перемещения.

Коэффициент наклона пути учитывается влияние подъема или уклона на заполнение ножа валом породы:

где k — коэффициент конструкции ножа;

е — коэффициент направления уклона;

i — наклон или уклон пути; при перемещении вала на подъем принимают знак плюс, а под уклон знак минус; такое же правило знаков принимают и при решении уравнения (8).

Коэффициент направления уклона имеет сложную зависимость. Так, при перемещении на подъем, когда i изменяется от нуля и до 0,05, величина e = 0; при большой величине подъема e = i—0,05 и его величина положительна; при перемещении под уклон е = ui и величина его отрицательна (u — коэффициент мощности, зависящий от мощности бульдозера).

Коэффициент конструкции ножа к учитывает влияние конструктивных данных бульдозера на изменение заполнения ножа валом породы при движении по наклонной поверхности, а р учитывает степень влияния уклона на заполнение вала в зависимости от мощности двигателя. На основании обработки данных наблюдений значения коэффициентов следующие:

Коэффициент перемещения e учитывает влияние расстояния перемещения и способа выемки на потери пород, а следовательно, и на относительный объем пород, доставляемых к месту разгрузки. Для различных способов выемки коэффициент перемещения изменяется в пределах e = 0,4—1.

При подсчете производительности машины необходимо определить ее скорость движения для различных условий пути и длину пути, а также среднюю скорость грузового и порожнякового хода.

Длина пути груженого скрепера в зависимости от расположения отвала торфов относительно забоя

где lн — длина пути наполнения ковша, м;

L — полная длина заезда скрепера, м;

е — коэффициент грузового хода; для скреперов у = 0,4/0,55, для бульдозеров е = 1, т. е. L равна длине грузового хода.

Для расчетов скорости грузового хода vг приравнивают к средневзвешенной в зависимости от отрезков пути и выдерживаемой при этом скорости. Для этого при упрощенных расчетах путь подразделяют на три отрезка с различными скоростями движения и среднюю скорость подсчитывают по уравнению

где l’, l», l»’ — соответственно длина пути с легкими условиями, тяжелыми, средними условиями грузового хода, м;

v’, v», v»’ — соответственно скорость движения на отрезке с легкими условиями пути, тяжелыми условиями пути; средними условиями пути, м/мин.

Длину порожнего хода скрепера lп определяют как разность

где lp — длина пути разгрузки ковша, м.

Скорость движения порожней машины vп более постоянна и обычно на большей части пути выдерживается близкой к четвертой, а когда дорога очень ровная — к пятой скорости.

В приближенных расчетах длину грузового и порожнякового пути принимают равной половине длины заезда, а протяженность пути заполнения и разгрузки ковша не учитывают. Для бульдозера длина порожнего хода равна длине заезда.

Продолжительность заезда t подсчитывают по уравнению

где t1 — время заполнения ковша скрепера или ножа бульдозера, включая время остановки для переключения на рабочий ход, мин;

t2 — время разгрузки ковша скрепера или время остановки бульдозера для переключения на порожний ход, мин. Число заездов N, которое совершает машина за смену, определяют по уравнению

Читать еще:  Укрепление откосов земляных сооружений посевом многолетних трав механизированным способом

где T — продолжительность смены, ч;

nи — коэффициент использования времени за рабочую смену. Коэффициент использования времени за рабочую смену в зависимости от технологии работ и организации обслуживания и ремонта машин изменяется от 0,67 до 0,85,

В табл. 8 приведены нормы выработки на вскрыше в м3 в плотном теле за 1 ч сменного времени для бульдозеров и скреперов, принятые на Колымских приисках.

Примечания. Для бульдозеров:

1) при перемещении пород на подъем свыше 3° на каждый 1 м вертикального подъема горизонтальный путь увеличивать для бульдозеров, указанных в табл., на 4,2; 3,8; 3,2; 3 м;

при перемещении породы вниз с уклоном более 3° на каждый 1 м вертикального спуска горизонтальный путь уменьшать на 3,2; 2,9; 2,4; 2,2 м;

2) принимать поправочные коэффициенты к нормам выработки:

а) при работе в породах, содержащих большое количество льда, и на неосушенных площадях k = 0,8;

б) при зачистке плотика (актировке) k = 0,5;

в) при перевалке торфов k = 1,25;

г) при проходке траншей, возведении насыпей k = 0,85;

д) при разваловке конусных отвалов k = 0,72/0,77 относительно норм II категории пород; в нормы не входит образование въезда;

е) при добыче песков с погрузкой в бункер нормы снижаются, переводной коэффициент для бульдозеров k = 0,8/0,92; наименьшие значения принимаются для пород повышенной категории и бульдозеров мощностью 108 л. с. наибольшие для бульдозеров 250 л. с.;

ж) при выемке предварительно разрыхленных пород IV категории k = 1,2;

з) при бороздовой выемке k = 1,15;

и) нормы указаны для бульдозеров без открылков; при установке открылков или сферическом ноже для пород I—III категории k = 1,15;

3) нормы рассчитаны при толщине талого слоя не менее 10 см и при кусковатости взорванных пород не менее 40 см.

1) нормы рассчитаны для выкладки торфов одного борта разреза;

2) при выкладке торфов по обоим бортам разреза для указанных в таблице расстояний переводной коэффициент k = 1,05/1,12; наименьшие значения принимаются для малых расстояний перемещения;

3) при разгрузке песков в бункер переводной коэффициент k = 0,9;

4) при передвижении скреперов по породам, в которые колеса погружаются более чем на 10 см, а гусеницы буксуют, переводной коэффициент k = 0,87.

Коэффициент угол естественного откоса

Тема 7. Снег и лёд. Физико-механические свойства

Устранение снежно-ледяных образований является наиболее важным этапом содержания автомобильных дорог в зимнее время. Своевременность выполняемых работ во многом зависят от того насколько полно учитываются свойства снега или льда, правильно подобраны рабочие органы и режимы работы. Сложность проблемы заключается в том, что физико-механические свойства снега зависят от природно-климатических и технологических факторов. Например при температуре (-4) о снег имеет одни свойства, а при температуре (-25) о другие, свежевыпавший снег имеет одни свойства, а если он уже слежался или по нему проехал транспорт то свойства у него другие. Причем свойства разнятся значительно от10 до 100 раз.

Наиболее важными свойствами снежно-ледяных образований являются:

1. Плотность ρ, ( кг/м 3 ),(г/см 3 ) – это масса единицы объема снега. Плотность зависит характера снежного покрова

Таблица 7.1 — Значения плотности снега

Характер снежного покрова

Плотность, кг /м 3

1. Свежевыпавший снег

2. Слежавшийся снег

3. Старый слежавшийся снег

4. Уплотненный снежный накат

5. Снежно-ледяной накат

Значением плотности пользуются при определении массы снега в транспорте.

2. Твердость γ,(мПа), (кН/м 2 ) — это способность снега сопротивляться проникновению в него твердого тела. Определяется отношением усилием внедрения к площади поверхности давления.

Твердость зависит от характера снежного покрова в пределах определенного интервала температуры

Таблица 7.2 – Значения твердости снега

Характер снежного покрова

Твердость при t от

(-1) до (-20) 0 С, мПа

1. Свежевыпавший снег

2. Слежавшийся снег

3. Старый слежавшийся снег

4. Уплотненный снежный накат

5. Снежно-ледяной накат

3. Влажность снега W с , % — характеризует количество воды в снеге. Находится в пределах (40-45)% для свежевыпавшего снега и (10-12)% в среднем для слежавшегося.

Влажность влияет на механические свойств а( сцепление, коэффициенты внутреннего и внешнего трения и т.д )

4. Удельное сопротивление снега резанию Р , мПа – представляет собой усилие, необходимое для срезания слоя снега с поперечным сечением, 1 м 2 . Удельное сопротивление снега резанию зависит от характера снежного покрова в пределах определенного интервала температуры

Таблица 7.3 – Значения удельного сопротивления снега резанию

Характер снежного покрова

Удельное сопротивление резанию , мПа

1. Свежевыпавший снег

2. Слежавшийся снег

3. Старый слежавшийся снег

4. Уплотненный снежный накат

5. Снежно-ледяной накат

5. Коэффициент внутреннего трения снега (снега о снег) μ1 характеризует условия относительного перемещения частиц снега. Коэффициент внутреннего трения зависит от плотности в пределах интервала температуры.

Таблица 7.4 – Значения коэффициент внутреннего трения снега

Плотность , кг/м 3

Коэффициент внутреннего трения μ1

Коэффициент внутреннего трения

А так как коэффициент внутреннего трения

,

то окончательно получаем:

. (17.31)

Это соотношение можно сформулировать следующим образом: предельный угол откоса в сыпучих грунтах равен углу внутреннего трения грунта. Этот угол сыпучих грунтов называется углом естественного откоса. Для сухих сыпучих грунтов он является величиной постоянной.

Влияние фильтрационных сил. Если устройство откоса производится в насыщенных водой грунтах или если уровень грунтовых вод, например, при выпадении сильных дождей внезапно повышается выше основания откоса, то на величину угла естественного откоса существенное влияние будет оказывать гидродинамическое давление фильтрующейся из откоса воды.

Воспользуемся решением авторов [45], выделив на поверхности откоса объем грунта, равный единице (например, 1 см3). Здесь кроме собственного веса грунта , который следует принимать с учетом взвешивающего действия воды, на выделенный элемент будет действовать по касательной к линии тока воды гидродинамическое давление . Результирующее давление определим путем построения параллелограмма сил и (рис.17.25). Так как угол внутреннего трения сыпучего грунта, насыщенного водой, практически равен углу внутреннего трения сухого грунта, то новая касательная к поверхности скольжения сила будет составлять с результирующим давлением по-прежнему угол .

Читать еще:  Откос от армии заплатить

Отсюда вытекает правило определения угла откоса грунта при фильтрации воды из массива, а именно: следует построить равнодействующую сил и и от направления равнодействующей отложить угол, равный ; полученное направление и определит для рассматриваемого случая предельный угол откоса . Этот угол будет максимальным, при котором частицы грунта будут находиться в покое. Для определения угла устойчивого откоса необходимо полученное значение угла разделить на коэффициент запаса, больший единицы.

Таким образом, угол естественного откоса является величиной постоянной только для сыпучих грунтов, не насыщенных водой. Если же на откос действуют, кроме веса частиц грунта, фильтрационные силы воды, то угол откоса будет изменяться в зависимости от величины гидродинамического воздействия воды. Чем круче откос, тем больший гидравлический уклон будет иметь уровень грунтовых вод при выходе воды на свободную поверхность откоса, и, следовательно, тем больше будет влияние фильтрационных сил. Во многих случаях за угол, составляемый гидродинамическим давлением с горизонтом, можно принимать угол естественного откоса грунта.

Рис.17.25 — Схема определения

угла откоса при действии

Рис.17.26 — Схема сил,

действующих на частицу

сыпучего грунта при учете фильтрационного давления

Определим условие, при котором твердые частицы грунта на поверхности откоса, подвергающегося действию фильтрационных сил, будут находиться в устойчивом состоянии. Допустим, что направление гидродинамических давлений совпадает с направлением откоса (рис.17.26). Тогда силы, сдвигающие выделенный на поверхности откоса единичный объем грунта, будут равны:

и ,

где — объем пор в единице объема грунта; — удельный вес воды.

Силы, удерживающие рассматриваемый элемент грунта на поверхности откоса, будут

.

,

где — удельный вес грунта, облегченный весом вытесненной воды.

Для устойчивого откоса сдвигающие силы должны составлять некоторую долю от удерживающих сил:

, (17.32)

где — коэффициент устойчивости при скольжении частиц грунта.

. (17.33)

Если , то откос будет устойчивым.

Для применения метода оценки степени устойчивости склонов и откосов, а также для разработки и назначения наиболее эффективных противооползневых мероприятий необходимо знать форму проявления и возможность развития оползневого процесса, природную обстановку – климат, топографические особенности склона, геологическую структуру толщи склона, инженерно-геологические свойства пород, слагающих толщу, режим грунтовых вод, гидрологические особенности водотоков, омывающих склон.

На рис.17.27 приведены основные формы нарушения устойчивости и деформации склонов, а в табл.17.9 — классификация по характеру и скорости их деформации.

Рис.17.27 — Основные формы нарушения устойчивости и деформации склона: а – обвалы и вывалы; б – обрушение со срезом и вращением;

в – скольжение; г – покровные оползни; д – оплывы;

е – скол при просадке

Оползни всегда создавали много проблем для народного хозяйства Украины. В связи с увеличением техногенной нагрузки многие из них активизировались (происшествие на жилом массиве г. Днепропетровска, повлекшее человеческие жертвы, оползень в г. Киеве, из-за которого пришлось выселить жильцов из тринадцатиэтажного дома. Это подтверждает необходимость разработки надежных противооползневых конструкций. Значительные противооползневые работы проводятся по устройству многорядных ростверков и буронабивных свай длиной 20 м и диаметром мм на дороге Ялта-Севастополь, устройству подпорных стен с анкерным креплением оползней на территории санатория «Белоруссия» в Мисхоре, инженерных сооружений по сохранению парка и здания Ливадийского дворца.

Всякое перемещение массива грунта вызывает механическое нарушение его структуры, что, в свою очередь, создает предпосылки для изменений физико-механических свойств грунта.

Развитие оползневого процесса всегда связано с определенными причинами, которые приведены в табл.17.9.

Обвалы проявляются при внезапном обрушении откосов в скальных и полускальных породах при их значительной крутизне падением больших объемов породы, измеряемых миллионами кубометров.

Вывалы, в отличие от обвалов, характеризуются падением с той или иной высоты с поверхности откоса отдельных камней и блоков породы, отчлененных от скального массива трещинами.

Обрушение со срезом и вращением – это срез по некоторой поверхности смещения части грунтовой толщи, слагающей массив склона или откоса, в результате чего происходит дробление отколовшихся блоков или срез новых. Этот процесс наблюдается при перенапряжении грунтового массива и образовании в нем среза или скола определенной части толщи.

Скольжением является перемещение по наклонной плоскости скальных пород, при наличии в пластах глинистых, хлоритовых, тальковых и слюдистых сланцев. Имеет место смещение больших масс грунта, часто песка, подсыпаемого на наклонную поверхность без специальной предварительной обработки.

Покровные оползни проявляются в виде смещения некоторого массива грунта по склону под влиянием собственного веса и давления массы породы, лежащей выше по склону. Эти явления свойственны побережью Одессы и прибрежной полосе Южного Крыма.

Оплывы – это нарушение устойчивости песчаных и глинистых грунтов по склону при локальном переувлажнении, динамических нагрузках, при отливах на морском берегу, спаде паводка на реках.

Скол при просадке представляет собой нарушение устойчивости грунтов в основании при проявлении деформаций в виде пучения и выпора грунта в случае возведения высоких насыпей, в слабых грунтах, нарушении устойчивости откосов и склонов при водонасыщении береговых уступов из лессовидных грунтов и провалов в закарстованных районах.

Для определения устойчивого очертания откоса при минимальном объеме земляных работ производят расчеты, основанные на результатах инженерно-геологических изысканий и исследования грунтов, слагающих

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector