Строительные машины и оборудование, справочник




Характеристика грунтов как рабочей среды

Категория:
   Условия применения машин для специальных земляных работ



Характеристика грунтов как рабочей среды

Основной рабочей средой машин для специальных земляных работ являются разнообразные грунты, -отдельные виды полезных ископаемых, главным образом нерудных, лед и естественные льдогрунтовые смеси, остатки перестраиваемых сооружений.

Под грунтами в; строительстве подразумеваются горные породы, образующие поверхностные слои земли и составляющие так называемую кору выветривания, которые йогут служить основанием или материалом для сооружений.

По происхождению, состоянию и. механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, июлускальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.




К скальным грунтам относят сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые горные породы с пределом прочности присжатии в водонасыщенном состоани» не менее 5 МПа (граниты, песчаники, известнмши кг. пр.), залегающие обычно в; виде сплошных, массивов.

К полускальным грунтам относят сцементированные горные породы с пределом прочности при сжатии в водонасыщенном состоянии до Б МПа, способные к уплотнению (мергели, окаменевшие глины и др.) и йеводоетойкие (гипс, гипсовосные конгломераты).

Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков пород, образующих грунты первых двух классов.

Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц (зерен, песчинок) горных пород размерем 0,05—мм, представляющих собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в большей или меньшей степени! скальные грунты или минерализовавшиеся, но неокаменевшие осадки.

Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, образующих скальные грунты, нос преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.

Основным объектом разработки в строительстве являются песчаные и глинистые, а также крупнообломочные и полускальные грунты, покрывающие большую часть земной поверхности. Поэтому машины для земляных работ, в том числе и специальных, рассчитывают на преодоление сопротивления главным образом этих грунтов. Скальные грунты для разработки обычно предварительно рыхлят или ослабляют взрывным; способом, понижая их механическую; прочность до уровня; прочности крупнообломочных грунтов.

Естественные льдопесчаные смеси, лед, замерзшие пеечаног-глинистые грунты, остатки сооружений, значительная часть нерудных полезных ископаемых, которые могут быть объектом воздействия машин для специальных земляных работ, по своим механическим характеристикам приближаются к полускальным и крупнообломочным грунтам.

К признакам петрографии относятся минеральный состав, структура и текстура грунтов. Признаки физического состояния включают гранулометрический состав грунтов, пористость, влажность, температуру, теплопроводность, а также разрыхляемость при разработку и уплотняемость при укладке после разработки. К признакам, зависящим от количества и состояния содержащейся в грунте воды, относятся пластичность, размокаемость, набухаемость, водопроницаемость, и, липкость. Признаками механических свойств грунтов являются сцепление, сопротивление сжатию, растяжению, сдвигу, резанию, копанию, внешнему и внутреннему трению, абразивность, несущая способность.

Гранулометрический состав, являясь однадг из основных признаков физического состояния грунтов, определяет таяжа, наименование ряда из них. Грунтовые частицы крупностью меньше 0,005 мм называют глинистыми, от 0,005 до 0,05. мм, — пьшватымц,. от 0,05 до 2 мм — песчаными. Зерна и куски грунта размером от 2 до 20 мм называют гравием (окатанные) или- дресвой (остроугольные), от 20 до 200 мм — галькой или щебнем и более 200 мм — валунами или камнем.

В зависимости от содержания глинистых, пылеватых и песчаных частиц различают глины (содержат более 30% глинистых частиц), суглинки (глинистых частиц от ГО до 30 , в остальной части объема преобладают пылеватые и песчаные частицы), супеси (тлинистых частиц от 3 до гб, в остальной части объема преобладают песчаные й пылеватые частицы).

В Единых нормах и расценках на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы приведен перечень грунтов, наиболее часто встречающихся при производстве земляных работ в строительстве.

Это сланцевая глина — плотная порода: черного или темно-серого цвета, частично кристаллизованная под влиянием большого давления. Характеризуется способностью распадаться на тонкие плитки независимо от первоначальной плотности.

Лесс — тонкодисперсный, пористый на ощупь грунт буровато-палевого или серого цвета, с примесью известняковых частиц в виде отдельных кусочков и трубочек; легко впитывает воду; в сухом состоянии держится в вертикальных стенках траншей; содержит большое количество пылеватых частиц (до 70%).

Мергель — полускальный грунт серо-зеленого, бурого ил» желтого цвета, состоящий из известняка и глины. Содержание глины — 25—60%. При содержании 5—10% глины образуется мергелистый известняк, при содержании 10—25% глины — известняковый мергель. После выветривания мергель превращается в рыхлую массу — рухляк.

Опоки — грунт, образовавшийся в результате цементации кремнистых скелетов губок- и раковий в толще морских отложений.

Морена — грунт ледникового происхождения, состоящий обычно из глины и суглинков, включающий валуны различной крупности.

Гранулометрический состав грунта определяют по процентному содержанию фракций при просеивании на стандартном наборе сит и осаждении частиц грунта в воде.

Отношение диаметров частиц, соответствующих содержанию 60% и 10%.фракций, называется коэффициентом неоднородности:
K = djd10.(1)
Грунты рассматривают как многофазную систему, состоящую из твердых минеральных частиц, газа и жидкости, заполняющих в той или иной степени поры между твердыми минеральными частицами.

Под плотностью грунта следует понимать величину, определяемую отношением его массы к объему:
pr = mr/Vr,(2)
где тТ — масса грунта; Vr — его объем.

Пористость таких крупнопористых грунтов, как щебень, галька, гравий, определяют измерением объема воды, необходимого для заполнения всех пор.
Коэффициент пористости глинистых грунтов обычно находится в пределах от 0,2 до 0,6, песчано-гравелистых — 0,35—0,45.

Влажность грунтов измеряют выраженным в процентах отношением массы тъ воды, заключенной в порах породы, к массе скелета (твердых частиц) тс:
W = -2а-100.(4)

Характеристикой заполнения пор в грунте служит коэффициент водонасыщения
G = W/We,(5)
где We — полная влагоемкость, т. е. предельная влажность грунта, возможная при данной пористости.

Прочность грунтов характеризуется их способностью сопротивляться внешним силовым воздействиям. Разрушение грунта происходит в результате развития в нем сложного напряженного состояния. Прочность и деформируемость грунта оценивают по свойствам слагающих его частиц и связей между ними. Прочность – частиц обусловлена внутримолекулярными силами, а прочность связей между частицами — сцеплением. В дисперсных грунтах различают несколько видов сцепления: собственно молекулярное, цементационное, структурно-коллоидное, водноадсорбционное и механическое. Разрушение рассматривают как результат преодоления сил внутренних связей между частицами.

Сцепление и внутреннее трение частиц грунта между собой характеризуют сопротивление сдвигу. Для практических расчетов в механике грунтов принято, что сопротивление сдвигу является линейной функцией нормального напряжения по поверхности сдвига (рис. 1). Угол <р, равный углу сдвига, называется углом внутреннего трения. Тангенс этого угла равен коэффициенту внутреннего трения грунта /т. Сцепление с характеризуется отрезком Od.

Закон Кулона распространяется и на сложное напряженное состояние грунта.

Модуль упругости, увеличивается, с повышением влажности, понижением температуры и с увеличением размеров фракций грунта.

Коэффициент: Пуассона добычно лежит в- пределах 0,13—0,48 и является функцией тех же параметров, что и величина, Е.

Прочность мерзлых грунтов-при, различных видах деформаций возрастает с повышением влажности; и, понижением температуры. Мак> симальная прочность соответствует полному льдонасыщению. Дальнейшее увеличение, влажности уменьшает прочность мерзлого грунта.; Наибольший, предел прочности, мерзлые грунты имеют при. одноосном, сжатии, далее идут сдвиг, изгиб, и разрыв. Поэтому наименее энергоемким способом разрушения мерзлых грунтов является разрыв.

Важной характеристикой грунтов, особенно замерзших-, является температура. Твердые частицы грунта, слабо связанные между собой, вследствие отрицательной температуры цементируются льдом, » грунт превращается в сплошной и прочный монолит.

Скальные, полускальные и крупнообломочные грунты часто неоднородны, трещиноваты и имеют различные включения. Их прочность характеризуется временным сопротивлением раздавливанию или пределами прочности на изгиб, растяжение, сдвиг и сжатие.

Абразивность — способность грунтов изнашивать при трении взаимодействующие с ним» детали и элементы конструкций машин.

Увеличение рабочих скоростей и все большее использование методов динамического воздействия на грунты (ударного, вибрационного, виброударного и пр.) делает необходимым все в большей степени принимать во внимание характеристики сопротивления грунтов в условиях динамического воздействия: динамический модуль упругости ЕД, динамический коэффициент Пуассона цд, скорости распространения продольных ыпрй поперечных ипоп волн деформаций, характеристики сопротивляемости грунтов при динамических нагрузках (динамические диаграммы «напряжение — деформация»).

Рис. 2. Зависимость функции а (е) от скорости внедрения рабочего органа в грунт.

Исследования показали, что в водонасыщенных грунтах вид динамической функции ад (ед) отличается от статической. Вид кривых (рис. 2) зависит от скорости деформации. Кривая соответствует статическому нагружению, кривые 2, 3, пА — увеличивающейся скорости нагружения. Явление динамического сжатия характеризуется весьма малой длительностью процесса, статического — от нескольких часов для песчаных грунтов до нескольких суток — для глинистых. Кривые о (е) определяются в лабораторных условиях при динамическом или статическом нагружении

Читать далее:

Категория: - Условия применения машин для специальных земляных работ


Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины