Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 [ 56 ] 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

Основными показателями сопротивления мерзлых грунтов резанию были приняты: усилия резания с помощью* стандартного режущего органа элементарного профиля (плоский клин) Р кГ и удельное сопротивление резанию

k = - кГ/см, hb

(IV.6)

2000

1000

8 10 h,m

Рис. 88. Зависимость усилия резания Р кГ от глубины резания h для супеси (\J7c=34%; е=-ГС; число ударов С =62) при различной ширине профиля b

где h - глубина резания и Ь - ширина резания.

В результате обработки данных нескольких тысяч опытов было получено, что усилие резания Р зависит линейно от глубины h резания (рис. 88) при любой ве- /7 личине отрицательной температуры и влажности мерзлого грунта.

На величину усилия резания Р существенно влияет ширина элементарного профиля режущего органа &, причем это влияние качественно такое же, как и для грунтов немерзлых.

Зависимость усилия резания от ширины элементарного профиля криволинейна (рис. 89) и может быть аппроксимирована степенной функцией

РАЬ". (IV.7)

Показатель степени т, как показали непосредственные опыты для различной ширины профиля (от 1 до 10 см) и различной температуры (от 6 = -ГС до 0 =-4°С и ниже), весьма близок к V2, т. е. можно принимать т0,5.

Величина коэффициента Л, характеризующая физическое состояние мерзлых грунтов, определяется по графику, построенному -в координатах 1пР и 1пЬ (рис. 90) и соответствует усилию Р для профилей шириной 6=1 см, отражая сопротивляемость резанию различных мерзлых грунтов одинаковыми профилями.

Опыты также показали, что величина удельного сопротивления резанию k кГ/см зависит от суммарной влажности мерзлых грунтов Wc, причем максимальное удельное сопротивление резанию (так же, как и сопротивление сжатию) мерзлых грунтов соответствует состоянию полного заполнения пор грунта льдом; дальнейшее же увеличение влажности несколько уменьшает его.

На рис. 91 приведены удельные сопротивления резанию fe, близкие по величине к максимальному их значению, для различных мерзлых грунтов в зависимости от величины их отрицательной температуры -6.

Наибольший рост удельного сопротивления резанию мерзлых грунтов (так же как и других их сопротивлений) наблюдается в об-

о 2,5 5,0 15 W О 2,b 5,0 7,5 Ю 12,5 15 17,5 Ь,см а О

Рис. 89. Зависимость усилия резания для супеси Р от ширины элементарного профиля b для различных глубин резания h (при угле резания а=90°, угле заострения Р=180°): a - W\%, число ударов С=143, е=-3-7-4° С; 6-W= =34%. С=62.е = -1°С

к, кГ/см

4 5 6 7 hCM

• 10

20

30 - 40 в *С

Рис. 90. Зависимость P=i(b) в логарифмических координатах

Рис. 91. Зависимость =/(-9) для

различных мерзлых грунтов: / - супесь -19%); 2 - суглинок

(\Гс=25%); 5-глина (7=31%); 4 - песок (1=18%); 5 -песок (1 = 11%)

ласти значительных (интнсисвных) фазовых переходов воды в лед, т. е. при температурах примерно от О до -5° С, причиной чего следует считать преимущественно увеличение льдистости мерзлых грунтов (или уменьшение содержания незамерзшей воды) .при понижении отрицательной температуры; при температурах же от -5 до -40° С и ниже, как справедливо отмечает А. Н. Зеленин, прочность резанию мерзлых грунтов определяется не только уменьшением содержания незамерзшей воды, но и упрочнением кристаллической решетки льда, так как твердость (а следовательно, и прочность) монокристаллов льда (не содержащих незамерзшей воды) возрастает с 2-3 по шкале Мооса (нри температуре в = -3°С до 4 (при 0 = = -40°С) и 6 (при е = -78°С).

Высказанное положение, которое нами более подробно обсуждалось в предыдущих параграфах настоящей главы, не вызывает сомнений, но требуются количественные уточнения, так как свойства порового льда при понижении отрицательной температуры мерзлых грунтов еще недостаточно изучены.

Зависимость удельного сопротивления резанию мерзлых грунтов k от величины отрицательной температуры -6 по-прежнему может быть выражена степенным уравнением:

k = Bb\ (IV.8)

где п - показатель степени для всех видов мерзлых глинистых грунтов (глин, суглинков, супесей), по исследованиям А. Н. Зеленина, равный д = 0,5, а для мерзлых песков д0,25; В - параметр, определяемый по логарифмическому графику (подобному графику рис. 90).

Анализ многочисленных результатов опытов по определению удельного сопротивления мерзлых грунтов резанию k кГ/см в сопоставлении их с числом ударов С стандартного ударника ДорНИИ, т. е. с числом ударов, необходимых для углубления в грунт на глубину 10 см цилиндрического стержня с углом заострения р=180° и площадью 1 см при падении груза весом 2,5 кГ с высоты 0,4 ж, показал, что между величинами k я С существует пропорциональная зависимость, что очень важно, так как позволяет с помощью весьма несложного динамического испытания мерзлых грунтов ударником определять величину удельного сопротивления резанию мерзлых грунтов.

Отметим, что при испытании мерзлых грунтов более удоб.кым (сокращающим время испытаний) оказался ударник с площадью цилиндра F = 0,5 см и углом заострения р = 30°, показания которого (для большей общности выводов) переводились в стандартные показания ударника ДорНИИ по установленной эмпирической зависимости: С = 2,85С (где С -число ударов стандартного ударника и С -число ударов с вышеописанным наконечником для мерзлых грунтов).

Исследования также показали, что разрушения мерзлых грунтов следует производить способами, при которых преобладают напря-