Определение коэффициента объемного смятия и работы смятия почвы.

Время 1 час

Содержание работы:

1. Определить зависимость между внешней нагрузкой и линейной величиной деформации почвы при вдавливании в нее твердого тела.

2. Определить коэффициент объемного смятия почвы и величину работы смятия.

Указания к работе:

Твердомер позволяет с некоторым приближением судить о функциональной зависимости, существующей между величиной линейной деформации сминаемой почвы и давлением между почвой и сминающим ее телом.

Твердомер состоит из штанги, посредством которой можно вдавливать в почву специальные насадки, определенных размеров и любой формы (цилиндрической, сферической, конической я др.) (рис. I)

Давление на штангу, а через нее и на посадку передается при нажиме на рукоятки через пружину; величина сжатия пружины зависит от давления вдавливаемой насадки на почву. Величины линейной деформации пружины У и почвы L записываются в виде диаграммы. На оси абцисс - величины давления насадки на почву. Лини ОАВСD нанесенная пишущим механизмом твердомера, характеризует зависимость между величинами смятия почвы L и давления на нее Р (рис. 2).

При внедрении в почву насадка твердомера величина деформации пружины, соответствующая линейной деформации почвы L, может быть либо замерена, либо записана в виде диаграммы.

Исследованиями установлено, что при внедрении в однородную по твердости почву насадка, имеющая форму цилиндра с плоским основанием, на диаграмме прибора отчетливо различимы три характерных участка (рис.2), соответствующие трем фазам деформации почвы. Начальная фаза деформации почвы характеризуется тем, что сопротивление почвы вдавливанию в нее насадки, приближенно, прямо пропорционально ее линейной деформации. Первая фаза деформации заканчивается при незначительном погружении насадки в почву на глубину L_а. Вторая фаза деформации почвы характеризуется затуханием, нарастания сопротивления ее вдавливанию насадка - участок АВ.

В этот момент впереди основания цилиндра образуется конусообразный нарост, который при дальнейшем внедрении в почву расклинивая ее. Третья фаза деформации почвы характеризуется тем, что при дальнейшем погружении насадка в почву сопротивление деформации остается почти постоянным (участок ВС ).

Глубина L_с погружения насадка при этом будет равна толщине пахотного горизонта. Дальнейшее внедрение насадка по вертикали сопровождается ростом сопротивления деформации почвы (участок СD), что объясняется большей твердостью подпахотного горизонта.

Последовательность выполнения:

1. Получить указанным выше способом твердомерную диаграмму, на которой представлена зависимость прилагаемого усилия от деформации почвы.

Численное значение давления определяется произведением калибра прибора на величину деформации пружины, что соответствует величине ординаты. Калибр твердомера определяется заранее и известен исполнителю данной работы.

Полученные диаграммы позволяют в первом приближении сделать вывод о том, что линейные деформации почвы пропорциональны

давлению на единицу поверхности сминаемой почвы; такое соотношение действительно до тех пор, пока удельное давление на почву не достигнет некоторого предела, при котором деформация почвы начинает возрастать без дальнейшего увеличения давления на нее. Этот предел удельного давления на почву можно назвать пределом сопротивления почвы.

Таким образом, в пределах прочностного сопротивления почвы зависимость линейной деформации почвы от удельного давления приближенно можновыразить уравнением:

q = q_о ·L, (1)

где q– удельное давление в H/см²,

q_о = р/V, (2)

q₀ – размерный коэффициент H/см²,

L - линейная деформация почвы в см.

Размерный коэффициент указывает, на сколько единиц силы возрастаем реакция почвы при смятии, когда ее объемная деформация возрастет на единицу объема, например, при вытеснении одного кубического сантиметра почвы путей вдавливания в нее постороннего тела.

Размерность коэффициента становится вполне очевидной, если принять, что сила реакции почвы при вдавливании в нее постороннего тела пропорционально сминаемой площади и глубине проникновения тела в почву, т.е. пропорционально объемной деформации почвы, выраженной в кубических единицах.

2. Отметить на диаграмме точку А - предела прямой пропорци-ональности. Измерить по оси Р величину деформации пружины в пределах прямой пропорциональности (расстояние от оси О до точки А)

Измерить величину L в см – деформацию почвы в пределах прямой пропорциональности, соответствующей точке А.

3. Определить объем сминаемой почвы:

V=S·L, cм² (3)

где S- площадь плунжера, см²

4.По величине Y (P) и калибру σ прибора найти усилие: P = δУ , Н.

Величина калибра указана в паспорте прибора δ=9н/мм².

5.Определить коэффициент объемного смятия почвы по формуле

𝑞₀ = P/V, Н/см³ (4)

6.Определить работу деформации почвы в пределах прямой пропорциональности (до точки А) по формуле:

A₁ = PL/2, Н·см. (5)

Численная величина работы имеет наименьшее значение в пределах прямой пропорциональности. В пределах текучести почвы (на диаграмме за точкой А) работа смятия почвы резко возрастает. Так, например, при деформации почвы на величину L_с полная работа смятия почвы выразится формулой:

A₂ = PL₁/2+P(L₂ – L₁), Н·см. (6)

Отчет о работе составить по таблице.

У, см	Р=δ·у, Н	L1, cм	S, см2	V=S·L, cм3	qо, Н/см3	А1, H см	L2, см	А2, H см
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Лабораторная работа№4.