Свойства грунтов, влияющие на трудность их разработки

Грунты - выветрившиеся горные породы, образу­ющие кору земли.

По происхождению, состоянию и механической прочности разли­чают

По гранулометрическому составу,оцениваемому долевым содер­жанием фракций по массе, различают грунты: глинистые (с разме­рами частиц менее 0,005 мм), пылеватые (0,005...0,05 мм), песча­ные (0,05...2 мм), гравийные (2...20 мм), галечные и щебеночные (20...200 мм), валуны и камни (> 200 мм). Грунт состоит из твердых частиц, воды и газов (обычно возду­ха), находящихся в его порах.

Влажность грунтов оценивают отношением массы воды к мас­се твердых частиц. Она составляет от 1... 2 % для сухих песков, до 200 % и > для текучих глин и илов.

При разработке грунты увеличиваются в объеме за счет обра­зования пустот между кусками. Степень такого увеличения объе­ма оценивают коэффициентом разрыхления, = отношению объема определенной массы грунта после разработки к ее объе­му до разработки. Значения коэффициента разрыхле­ния колеблются от 1,08... 1,15 для песков до 1,45... 1,6 для мерз­лых грунтов и скальных пород. После укладки грунта в отвалы и естественного или принудительного уплотнения степень их раз­рыхления уменьшается. Ее оценивают коэффициентом остаточ­ного разрыхления (от 1,02... 1,05 для песков и суглинков до 1,2... 1,3 для скальных пород).

Уплотняемость грунтов характеризуется увеличением их плот­ности вследствие вытеснения из пор воды и воздуха и компактной укладки твердых частиц. После снятия внешней нагрузки сжа­тый в порах воздух расширяется, вызывая обратимую деформацию грунта. При повторных нагружениях из пор удаляется все больше воздуха, вследствие чего обратимые деформации уменьшаются. Сте­пень уплотнения грунта характеризуется остаточной деформацией, основная доля которой приходится на первые циклы нагружения. Ее оценивают коэффициентом уплотнения, = отношению фактической плотности к ее максимальному стандартному значе­нию, соответствующему оптимальной влажности. При уплотнении грунтов требуемый коэффициент уплотнения назначают в зависи­мости от ответственности земляного сооружения в пределах 0,9... 1.

Прочность и деформируемость грунтов определяется, в основ­ном, свойствами слагающих их частиц и связей между ними. Проч­ность частиц обусловлена внутримолекулярными силами, а проч­ность связей — их сцеплением. При разработке грунтов эти связи разрушаются, а при уплотнении восстанавливаются.

При взаимном перемещении частиц грунта между собой воз­никают силы внутреннего трения, а при перемещении грунта относительно рабочих органов — силы внешнего трения. Соглас­но закону Кулона эти силы пропорциональны нормальной на­грузке с коэффициентами пропорциональности, наз. ко­эффициентами соответственно внутреннего и внешнего трения.

При взаимном перемещении грунта и землеройного рабочего органа происходит царапание твердыми грунтовыми частицами рабочих поверхностей режущего инструмента и других элементов рабочего органа и, как следствие, изменение его формы и разме­ров, наз. изнашиванием. Разработка грунтов изношенным режущим инструментом требует больше затрат энергии. Способ­ность грунтов изнашивать рабочие органы землеройных машин наз. абразивностью. Большей абразивностью обладают > твердые грунты (песчаные и супесчаные) с частицами, закреп­ленными (сцементированными) в грунтовом, например, замерз­шем массиве. Абразивная изнашивающая способность мерзлых грунтов в зависимости от их температуры, влажности и грануло­метрического состава может быть в десятки раз выше, чем у тех же грунтов немерзлого состояния.

Грунты, содержащие глинистые частицы, способны прилипать к рабочим поверхностям рабочих органов, например, ковшовым, уменьшая тем самым их рабочий объем и создавая повышенные сопротивления перемещению отделенного от массива грунта внутрь ковша, вследствие чего увеличиваются затраты энергии на разра­ботку грунта и снижается производительность землеройной маши­ны. Это свойство грунтов, наз. липкостью, усиливается при отрицательных температурах. Силы сцепления примерзшего к рабочим органам грунта в десятки и сот­ни раз >, чем в немерзлом состо­янии. Для удаления прилипшего к рабо­чим органам грунта приходится делать вынужденные остановки машины, а в ряде случаев, например, для очистки от примерзшего грунта, принимать специ­альные меры, в основном, механичес­кого воздействия.

Грунты, разрабатываемые машина­ми, классифицируют по трудности раз­работки по 8 категориям. В основу этой классификации поло­жена плотность измеряемая в килограм­мах на кубический метр, по показаниям плотномера конструкции ДорНИИ" (рис. 13.1). Он представляет со­бой металлический стержень круглого поперечного сечения площадью 1 см² с двумя шайбами-упорами, между ко­торыми свободно перемещается груз массой 2,5 кг. Полный ход груза состав­ляет 0.4 м, длина нижнего свободного конца стержня — 0.1 м. Для измерения плотности прибор нижним концом устанавливают на грунт, поднимают груз до упора в верхнюю шайбу и отпускают его. При падении груз ударяет о ниж­нюю шайбу, заставляя внедряться в грунт нижний конец стержня. Плотность грунта оценивают числом ударов, соответствующим внедрению в грунт стержня до упора в нижнюю шайбу.