1. Особенности щебеночного балласта, засоренного барханными песками.

Для исследования прочностных свойств балластного материала засоренными барханными песками был отобран щебень из тела балластной призмы и барханный песок из тела земляного полотна на участке пути Навои – Бухара Узбекских железных дорог, который располагался в пустыне Кызылкум. Верхнее строение пути представлено рельсами Р65, сваренными в плети длиной 800м. Уравнительные пролеты состоят из трех рельсов длиной 25 м со стыковыми шестидырными накладками.  Уложены железобетонные шпалы с эпюрой 1840 шт/км, скрепления типа КБ, ширина колеи 1520 мм. Балластная призма однослойная. Слой щебня под шпалой толщиной 40 см отсыпан щебнем твердых пород фракциями от 25 до 60 мм. Балластный слой засорен барханными песками. Степень засорения 18-20%.

Таблица 1. Гранулометрический состав барханных песков Кызылкума.

Отличительная особенность барханных песков это – незначительное содержание пылеватых и глинистых частиц менее 0,05 мм. Из таблицы 1 видно, что в барханных песках Кызылкумов значительно преобладают частицы мелкого песка (0,25-0,10 мм) [2,7].

1. 2.Методика подготовки и испытания щебня, засоренного барханными песками.

Современные методы предусматривают использование различного оборудования для определения прочностных свойств балластного материала, в том числе засоренного барханными песками, что обуславливает получение различающихся результатов. Основываясь на данных литературных источников [1], авторы считают целесообразным определение прочностных показателей щебня, засоренными барханными песками, в условиях трехосного сжатия.
Балластный слой железнодорожного пути под воздействием поездов воспринимает кратковременные повторяющиеся нагрузки, которые возрастают очень быстро и действуют сравнительно короткое время. В результате такого воздействия можно считать, что балласт сохраняет свою естественную плотность и влажность. В связи с этим, испытание щебеночного балласта из гранитного щебня, засоренными барханными песками, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, должно осуществляться по методике неконсолидированно-недренированных испытаний.
Определение чувствительности щебеночного балласта к действию вибродинамической нагрузки представляет определенные трудности. В РФ. такого рода приборы (стабилометры), в которых можно смоделировать характер вибродинамического воздействия на балластный слой, отсутствуют. Прежде всего это связанно с необходимостью испытания образцов больших размеров. Для решения этой задачи был предложен и апробирован способ, при котором размеры фракции фактического щебня были уменьшены в 5 раз. В этом случае удалось определить прочностные характеристики щебня в вибростабилометре ЛИИЖТа. Размеры образца в этом случае составили: высота – 140 мм, диаметр – 68 мм.
Такой подход к испытаниям был проверен и подтвержден при испытаниях фактического щебня в большом вакуумном стабилометре ЛИИЖТа и на смесях с масштабом моделирования равным 5 при действии статической нагрузки [3,4,6]. Результаты таких исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты определения прочностных свойств гранитного щебня в вакуумном и вибростабилометре.

Результаты сравнительных испытаний при действии статической нагрузки (таблица 2)  в вакуумном стабилометре и в вибростабилометре показали, что разброс значений прочностных характеристик составляет не более 10%, что лежит в пределах точности измерений определяемых величин.
Вследствие этого можно сделать вывод, что уменьшение размеров всех фракций в 5 раз при соблюдении их процентного содержания в соответствии с ГОСТ 7392-2002 не приводит к существенному изменению прочностных характеристик. Следовательно, это дает возможность использовать такой подход для исследования свойств балластного материала, засоренными барханными песками, в условиях действия вибродинамической нагрузки в стабилометре конструкции ЛИИЖТа.
Подготовка образца для исследования прочностных свойств балластного материала, засоренными барханными песками, производилась в следующей последовательности.  Гранитный щебень отобранный из тела балластного слоя и барханный песок, так же отобранный из тела земляного полотна на экспериментальных участках,  в лабораторных условиях высушивались до воздушно сухого состояния. Затем гранитный щебень тщательно измельчался. Измельченный щебень просеивался через сито с отверстиями 3, 5, 7, 10 и 12мм. В результате измельченный и просееный щебень уменьшался по размеру в 5 раз при соблюдении их процентного содержания в соответствии с ГОСТ 7392-2002. Фракции смеси перемешивали в одну массу (таблица 3). Высушенные барханные пески до воздушно-сухого состояния затворялись дистиллированной водой для достижения требуемой влажности. Тщательно перемешанную массу  барханных песков укладывали в эксикаторы на шесть часов с целью ликвидации возможной неравномерности в распределении влажности. По истечении указанного срока в щебеночную смесь добавлялся увлажненный барханный песок. Полученная смесь из гранитного щебня и песка укладывалась в специальный цилиндрический шаблон, и уплотнялась до требуемой плотности.

Таблица 3.Фракционной состав смеси и щебня по ГОСТ 7392-2002.

В наших лабораторных испытаниях барханные пески увлажнялись до влажности 6, 8, 10, 12 %. В щебень добавлялся барханный песок порциями 5, 15, 25, 35% от общей массы навески. При 35% засорении балластного материала назначается  глубокая очистка балластной призмы [8], поэтому исследования при большем проценте засорения не выполнялись.
Для определения прочностных характеристик гранитного щебня, засоренными барханными песками, в камере стабилометра создавалось гидростатическое давление равное 0,5, 1,0 и 1,5 кгс/см². Полученные при этих значениях бокового давления  разрушающие избыточные напряжения позволили построить круги Мора, огибающие к которым определяют значения сцепления и угла внутреннего трения. Пример определения удельного сцепления и угла внутреннего трения гранитного щебня, засоренными барханными песками показан на рис. 1.

Рис. 1. Определение удельного сцепления и угла внутреннего трения гранитного щебня, засоренными барханными песками. При влажности барханного песка 8%; при засоренности щебня, песком 15%; при плотности образца 1,61 г/см³  а) при статических нагрузках; б) при максимальной вибродинамической нагрузке.

1. 3.Результаты лабораторных исследований.

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики гранитного щебня, засоренного барханными песками, использовались показатели относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения, определяемых по следующим формулам:

где: c_ст и φ_ст – удельное сцепление и угол внутреннего трения при действии статической нагрузки;
c_дин и φ_дин – удельное сцепление и угол внутреннего трения при действии максимальной вибродинамической нагрузки, составившей 600 мкм.
Результаты лабораторных испытаний по определению прочностных характеристик гранитного щебня, засоренного барханными песками, при действии статической и вибродинамической нагрузки представлены в таблице 4.

Таблица 4.Показатели относительного снижения прочностных характеристик гранитного щебня, засоренного барханами песками, при действии статической и вибродинамической нагрузки.

Анализ результатов таблицы 4 показывает, что при действии статической нагрузки и при действии вибродинамической нагрузки, в пределах одного и того же процента засорения при влажности от 6 до 12% прочностные характеристики гранитного щебня, засоренного барханными песками практически не меняются. Разница в получаемых величинах лежит в пределах точности измерений. Т.е. влажность песка при засорении до 35%  не оказывает существенного влияния на прочностные свойства гранитного щебня.
Из данных таблицы 4 видно, что при увеличении процента засорения происходит снижение удельного сцепления и угла внутреннего трения как при действии статической, так при действии вибродинамической нагрузки. На рис. 2 и 3 представлены зависимости влияния процента засоренности щебня на величину удельного сцепления и угла внутреннего трения. 

Рис. 2. Зависимость изменения удельного сцепления от процента засорения щебня барханными песками.
1 – при статических нагрузках; 2 – при вибродинамических нагрузках

Анализ усредненных величин удельного сцепления, с (рис. 2), показывает, что при засорении гранитного щебня барханными песками на 5%, дает величину удельного сцепления равным 0,16 кг/см² при статической и 0,14 кг/см² при вибродинамических нагрузках. При добавлении в чистый щебень 35% барханного песка значение удельного сцепления гранитного щебня уменьшилось до 0,12 кг/см² и 0,10 кг/см² при статической и при вибродинамических нагрузках, соответственно. Т.е. снижение составило при статических нагрузках 25%, при вибродинамических нагрузках 29%.

Рис 3 Зависимость изменения угла внутреннего трения от процента засорения щебня барханными песками. 
1 – при статических нагрузках; 2 – при вибродинамических нагрузках.

Снижение угла внутреннего трения, φ (рис. 3) в рассматриваемом диапазоне засорения щебня барханными песками составляет 12 и 19% при действии статической и вибродинамической нагрузки соответственно.  
Таким образом, засорение щебня барханными песками до 35% приводит к более интенсивному снижению c и φ  в условиях вибродинамической нагрузки.
Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики гранитного щебня, засоренного барханными песками, использовались показатели относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения, определяемые в долях единиц по формулам 1 и 2. Зависимость изменения показателя относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения от засорения щебня барханными песками представлена на рис. 4.

Рис. 4. Зависимость изменения показателя относительного снижения удельного сцепления Кс и угла внутреннего трения Кφ от процента засорения щебня барханными песками.

Анализ величин Кс и Кφ, полученных в лабораторных испытаниях, показывает (рис. 4), что гранитный щебень, при засорении барханными песками до 5% мало чувствителен к вибродинамической нагрузке. Коэффициент относительного снижения сцепления составляет всего 0,12, а коэффициент относительного снижения угла внутреннего трения 0,06.
Максимальная чувствительность щебня при действии вибродинамической нагрузки достигается при засоренности 35%. При этом коэффициент относительного снижения сцепления составляет 0,17, а коэффициент относительного снижения угла внутреннего трения 0,13.
Известно [2], что удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта зависят от плотности грунта. В лабораторных испытаниях также исследовались изменения величин с и φ в зависимости от плотности щебня. Исследования проводились на образцах с плотностью смеси 1,61; 1,55 и 1,50 г/см³ и при засоренности этих образцов барханными песками 15 и 35%. Результаты экспериментов приведены в таблице 5 и на рис. 5 и рис. 6.
Таблица 5. Показатели относительного снижения прочностных характеристик гранитного щебня, засоренного барханами песками, с различной плотностью при действии статической и вибродинамической нагрузки.

Рис 5. Зависимость изменения показателя удельного сцепления от плотности щебня. 1,2 – при  проценте засорения щебня барханным песком 15%; 3,4 – при проценте засорения щебня барханным песком 35%. 1,3 – при статических нагрузках; 2,4 – при вибродинамических нагрузках.

Рис 6. Зависимость изменения показателя угла внутреннего трения от плотности щебня.
1,2 – при  проценте засорения щебня барханным песком 15%; статических нагрузках; 3,4 – при проценте засорения щебня барханным песком 35%. 1,3 – при статических нагрузках; 2,4 – при вибродинамических нагрузках.

С ростом плотности чувствительность щебня к действию вибродинамическим нагрузкам снижается (таблица 5, и рис. 5 и рис. 6). При увеличение плотности от 1,50 до 1,61 г/ см³ и при проценте засорения 15% показатель Kc  снизился с 0,17 до 0,13. Показатель Kφ от 0,08 до 0,07.  Т.е. снижение Kc составило 23%, Kφ 13%.
При увеличение плотности от 1,50 до 1,61 г/ см3 и при проценте засорения 35% коэффициент относительного снижения удельного сцепления Kc составило 15%,  коэффициент относительного снижения угла внутреннего трения Kφ  составило 13%.
Результаты исследования зависимости показателя относительного снижения удельного сцепление от плотности щебня представлены на рис. 7.

Рис. 7.  Зависимость изменения показателя относительного снижения удельного сцепления Кс от плотности щебня.
1 – при  проценте засорения щебня барханным песком 15%; 2 – при проценте засорения щебня барханным песком 35%.
Зависимость изменения показателя относительного снижение угла внутреннего трения от плотности щебня представлена на рис. 8.

Рис. 8.  Зависимость изменения показателя относительного снижения угла внутреннего трения Кφ от плотности щебня.
1 – при  проценте засорения щебня барханным песком 15%; 2 – при проценте засорения щебня барханным песком 35%.

Совершенно очевидно, что с позиции обеспечения надежности и устойчивости балластной призмы железнодорожного пути необходимо своевременно производить очистку балластной призмы с её уплотнением до требуемой плотности.

Выводы.
Выполненные исследования прочностных свойств балластного материала, засоренными барханными песками, под влиянием статической и вибродинамической нагрузки позволяют сделать следующие выводы:

1. Засорения щебня барханными песками приводит к снижению прочностных характеристик как при действии статической, так при действии вибродинамической нагрузки. При проценте засорении гранитного щебня барханными песками от 5 до 35% величина удельного сцепления снизилась при статических нагрузках на 25%, при вибродинамических нагрузках на 29%.  Снижение угла внутреннего трения, φ в рассматриваемом диапазоне засорения щебня барханными песками составляет 12 и 19% при действии статической и вибродинамической нагрузки соответственно.  
2. Рост процента засорения приводит к повышенному чувствительности щебня при действии вибродинамической нагрузки. Максимальное снижение с и φ регистрируется при засорении 35% и составляет 29% для удельного сцепления и 19% для угла внутреннего трения.  
3. Уменьшением плотности и повышением процента засоренности щебня барханными песками приводит к увеличению чувствительности щебня к действию вибродинамической нагрузки.

  Список литературы:

1. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов./ Сидоров Н.Н., Сипидин В.П. –Л.: Стройиздат, 1972. – 136 с.
2. Несущая способность земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими повышенную вибродинамическую нагрузку./ Абдукамилов Ш.Ш.// Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб., 2011. -161 с.
3. Влияние плотности и гранулометрического состава щебня на его прочностные характеристики./ Николайтист Д.С. // Неделя науки – 2009. ПГУПС., 2009. -87-90 с.
4. Чувствительность щебеночного балласта к вибродинамическому воздействию./ Прокудин И.В., Колос А.Ф., Николайтист Д.С., Щукин А.В., Козлов И.С.
5. ГОСТ 7392-2002 “Щебень из плотных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия”.
6. Отчет о научно-исследовательской работе. Нормативы на щебеночный балласт и конструкцию балластной призмы на участках со скоростями движения более 140 км/час при совмещенном и выделенном высокоскоростном участке пассажирского движения./ Прокудин И.В., Николайтист Д.С.// СПб., 2009. — 44 с.
7. Железные дороги в песчаных пустынях. Проектирование, сооружение земляного полотна и эксплуатация пути. / Закиров Р.С. //  М.: Транспорт, 1980. 221 с.
8. ЦПТ – 53 Технических условиях на роботы по ремонту и планово – предупредительной выправки пути. – М., 2004. – 182 с.

М.11.5. От чего зависит угол внутреннего трения песка? Что такое угол естественного откоса и совпадает ли он с углом внутреннего трения?

Угол внутреннего трения зависит от крупности и минералогического состава песка, от его пористости и в значительно меньшей степени от влажности (часто от влажности совсем не зависит). Угол внутреннего трения не совпадает по своей величине с углом естественного откоса, именуемого иногда углом «внешнего трения». Угол естественного откоса влажного песка может быть больше угла внутреннего трения, так как в этом случае действуют капиллярные силы, удерживающие откос от разрушения.

4.Определение природной влажности грунтов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ ДО ПОСТОЯННОЙ МАССЫ

1. Влажность грунта следует определять как отношение мас­сы воды, удаленной из грунта высушиванием до постоянной мас­сы, к массе высушенного грунта.

2. Подготовка к испытаниям

2.1. Пробу грунта для определения влажности отбирают мас­сой 15—50 г, помещают в заранее высушенный, взвешенный и пронумерованный стаканчик и плотно закрывают крышкой.

2.2. Пробы грунта для определения гигроскопической влаж­ности грунта массой 10—20 г отбирают способом квартования из грунта в воздушно-сухом состоянии растертого, просеянного сквозь сито с сеткой № 1 и выдержанного открытым не менее 2 ч при данной температуре и влажности воздуха.

3. Проведение испытаний

3.1. Пробу грунта в закрытом стаканчике взвешивают.

3.2. Стаканчик открывают и вместе с крышкой помещают в нагретый сушильный шкаф. Грунт высушивают до постоянной массы при температуре (105 ± 2)°С. Загипсованные грунты высу­шивают при температуре (80 ± 2)°С.

.3.3. Песчаные грунты высушивают в течение 3 ч, а остальные — в течение 5 ч.

Последующие высушивания песчаных грунтов производят в течение 1 ч, остальных — в течение 2 ч.

3.4. Загипсованные грунты высушивают в течение 8 ч. Последующие высушивания производят в течение 2 ч.

.3.5. После каждого высушивания грунт в стаканчике охлаж­дают в эксикаторе с хлористым кальцием до температуры поме­щения и взвешивают.

Высушивание производят до получения разности масс грунта со стаканчиком при двух последующих взвешиваниях не более 0,02 г.

3.6. Если при повторном взвешивании грунта, содержащего органические вещества, наблюдается увеличение массы, то за ре­зультат взвешивания принимают наименьшую массу.

4. Обработка результатов

4.1. Влажность грунта w, %, вычисляют по формуле

(1)

где т — масса пустого стаканчика с крышкой, г;

m₁ — масса влажного грунта. со стаканчиком и крышкой, г;

m₀ — масса высушенного грунта со стаканчиком и крышкой, г.

Допускается выражать влажность грунта в долях единицы.

М.3.9. Что называется влажностью грунта и какой она бывает? Может ли влажность грунта быть больше единицы (100 %)?

Влажность грунта бывает весовой и объемной. Весовой влажностью называется отношение веса воды в образце грунта к весу твердых частиц грунта (скелета). Объемной влажностью называется отношение объема воды в образце грунта к объему, занимаемому твердыми частицами (скелетом грунта). Для одного и того же грунта весовая влажность меньше, чем его объемная влажность. Влажность грунта может быть больше единицы или 100 % (например у ила, торфа).

5. Влажность грунта на границе раскатывания

5.1. Границу раскатывания (пластичности) следует определять как влажность приготовленной из исследуемого грунта пасты, при которой паста, раскатываемая в жгут диаметром 3 мм, начинает распадаться на кусочки длиной 3 — 10 мм.

5.2. Подготовка к испытаниям

5.2.1. Подготовку грунта производят в соответствии или используют часть грунта (40 — 50 г), подготовленного для определения текучести.

Угол внутреннего трения на сайте геотехнической информации

Угол трения

Угол трения грунта — это параметр прочности грунта на сдвиг. Его определение получено из критерия разрушения Мора-Кулона и используется для описания сопротивления грунта сдвигу трением вместе с нормальным эффективным напряжением. Угол трения грунта равен параметр прочности грунтов на сдвиг.Его определение основано на критерии разрушения Мора-Кулона и используется для описания сопротивления грунта сдвигу трением вместе с нормальным эффективным напряжением.

В плоскости напряжения нормального напряжения, эффективного для напряжения сдвига, угол трения грунта представляет собой угол наклона по отношению к горизонтальной оси линии сопротивления сдвигу Мора-Кулона.

Типовые значения угла трения о грунт

Некоторые типичные значения угла трения грунта приведены ниже для различных типов грунта USCS в нормально уплотненном состоянии, если не указано иное. Эти значения следует использовать только как ориентир для геотехнических проблем; однако для правильного выбора геотехнических параметров часто необходимо учитывать конкретное состояние каждой инженерной проблемы.

Корреляция между значением SPT-N, углом трения и относительной плотностью

Обзоры

1. Швейцарский стандарт SN 670 010b, Характеристические коэффициенты почв, Швейцарская ассоциация дорожных инженеров Швейцарский стандарт SN 670 010b, Характеристические коэффициенты почв, Ассоциация швейцарских инженеров по дорогам и дорожному движению
2. JON W.КОЛОСКИ, ЗИГМУНД Д. ШВАРЦ и ДОНАЛЬД В. ТАББС, Геотехнические свойства геологических материалов, Инженерная геология в Вашингтоне, Том 1, Вашингтонское отделение геологии и бюллетень по ресурсам земли 78, 1989, ссылка
3. Картер М. и Бентли С. (1991). Соотношения свойств почвы. Издательство Penetech Press, Лондон.
4. Мейерхоф, Г. (1956). Испытания на пенетрацию и несущую способность несвязных грунтов. J Отделение механики грунтов и фундаментов ASCE, 82 (SM1).
5. Пек, Р., Хэнсон, В., и Торнберн, Т. (1974). Справочник по фундаментальной инженерии. Wiley, Лондон.
6. Обрзуд Р. и Трутый А. МОДЕЛЬ УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ — ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО Отчет Z Soil.PC 100701, отредактированный 31.01.2012
7. Министерство транспорта Миннесоты, Дизайн дорожных покрытий, 2007

Глава 2. Предпосылки — Определение прочности заполнителей открытого типа для засыпки несущих конструкций, июнь 2015 г.

ГЛАВА 2.СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

2.1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ OGA

Изготовленные OGA используются в различных транспортных приложениях, включая засыпку подпорных стен, бетон, асфальт, конструкции дорожного покрытия и опоры фундамента. Эти материалы выбираются в первую очередь из-за их прочности, отличных дренажных свойств и скорости укладки в поле. Первая известная попытка AASHTO стандартизировать градацию для обработанных агрегатов была предпринята в 1988 году, что соответствовало стандарту ASTM D448 (опубликованному в 1986 году).Стандарт включал 19 градаций, от 4 дюймов минус материал до 0,375 дюйма минус материал. Хотя с тех пор вышло шесть дополнительных версий, используются те же градации и номенклатура; Самая большая разница — исключение метрических единиц.

Для некоторых проектов подрядчики и проектировщики имеют возможность выбирать засыпки, отвечающие определенным требованиям; в других проектах тип засыпки определяет собственник. Многие государственные транспортные департаменты и другие транспортные агентства имеют спецификации, связанные с использованием AASHTO M 43, но эти рекомендации в первую очередь сосредоточены на требованиях к конструкции бетона и дорожного покрытия.(См. Ссылки с 4 по 7.) Для структурных засыпок спецификации обычно более открыты, где можно использовать OG или хорошо отсортированные заполнители, отвечающие широким требованиям к градации и долговечности.

2.2 ПРОЧНОСТЬ ЗЕРНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Прочность на сдвиг (𝜏) гранулированных материалов является мерой их сопротивления массовой деформации, возникающей в результате комбинации качения, скольжения и раздавливания частиц. ⁽⁸⁾ Притяжение или сцепление между частицами ( c ) и угол внутреннего трения (ϕ) — это два обычно используемых параметра, используемых для количественной оценки прочности на сдвиг.Значения этих параметров прочности не являются постоянными и варьируются в зависимости от условий нагружения, истории напряжений, уплотнения, относительной плотности, ограничивающего давления, формы зерна, твердости и минералогии, среди других факторов.

Пиковый угол трения при заданном ограничении является одним из параметров, измеряемых во время испытаний на сдвиг, который широко используется для характеристики прочности гранулированных материалов на сдвиг. Роу (1962) предположил, что мобилизованный пиковый угол трения может быть представлен как сумма сопротивления межчастичному скольжению или истинного угла трения (ϕ ‘ _u ), сопротивления раздавливанию и перегруппировке и сопротивления из-за расширение материала (рисунок 1). ⁽⁹⁾ Следует отметить, что рисунок 1 отображает общую тенденцию, а величина и точная форма компонентов в эскизе могут незначительно изменяться при экстремальных уровнях ограничивающего напряжения или для образцов с неоднородным минеральным составом и формой.

Рисунок 1. Диаграмма. Влияние пористости и уплотнения на сопротивление сдвигу сыпучих материалов (модифицировано из Rowe, 1962). ⁽⁹⁾

Как показано на рисунке 1, скорость расширения выше в более плотных состояниях.Причина в том, что в плотной среде перегруппировка ограничена, заставляя частицы перелезать друг через друга во время сдвига, что приводит к объемному расширению и более высоким измеренным углам трения. С увеличением доли пустот вклад компонента расширения постепенно уменьшается, и частицы сдвигаются в основном за счет перегруппировки соседних частиц, что приводит к большему сжатию и меньшему расширению гранулированного материала во время сдвига. ⁽¹⁰⁾ Общее наблюдение состоит в том, что есть чистое увеличение подвижного угла трения с уменьшением начальной пористости, потому что скорость увеличения компонента дилатансии выше, чем скорость уменьшения перегруппировки.Критическое состояние определяется в состоянии плотности, когда гранулированный материал сдвигается при постоянном объеме и напряженном состоянии. В этом состоянии степень дилатансии уменьшается и приближается к нулю; следовательно, угол трения в этом критическом состоянии называется углом трения постоянного объема (CV) (ϕ ‘ _cv ).

Визуализируя прочность на сдвиг как функцию изменяющегося ограничивающего напряжения для данного состояния плотности, аналогичные компоненты включают подвижный пиковый угол трения (рис. 2).При высоких эффективных ограничивающих напряжениях относительное движение частиц за счет расширения значительно уменьшится. Кроме того, высокая скорость разрушения из-за раздавливания приведет к сжатию, сдвигающему фазу от первоначально достигнутого истинного угла трения к новой фазе непостоянного объема. ⁽¹¹⁾

Рисунок 2. Диаграмма. Теоретическое определение дренированной прочности на сдвиг для песков на основе трех компонентов, составляющих подвижный угол трения (по Ли и Сид, 1967). ⁽¹¹⁾

Следовательно, важно знать факторы, влияющие на прочность, и различные лабораторные испытания прочности на сдвиг, интерпретацию данных и применение параметров прочности для проектирования геотехнических приложений с использованием OGA. Испытания на месте доступны для количественной оценки или корреляции с прочностью на сдвиг на месте; однако в данном исследовании основное внимание уделяется лабораторному анализу.

Лабораторные испытания

Состояние деформаций сдвига на месте, которые в конечном итоге могут привести к отказу, часто лучше всего можно представить как проблему PS.Например, отказы в нескольких геотехнических приложениях, таких как проблемы оползней, подпорные стены, земляные плотины, длинные фундаменты, водопропускные трубы, трубопроводы, туннели и балочные фундаменты, по большей части, являются случаями PS; однако существуют значительные трудности в разработке и проведении испытаний на сдвиг полистирола. Такие испытания требуют изготовления специального приспособления, мембраны, принадлежностей и подготовки призматического образца грунта. ⁽¹²⁾ Сложность испытания на сдвиг PS заставляет исследователей и практиков в области геотехники прибегать к более простым испытаниям DS или TX для определения прочности геоматериалов на сдвиг.

Как DS, так и TX методы широко используются при проектировании и исследованиях с целью определения прочности на сдвиг. Широкая популярность испытаний TX на сжатие частично объясняется многочисленными конструкциями, спроектированными и построенными на основе данных о прочности от TX, которые хорошо работают по прошествии многих лет, способностью испытаний TX сочетать простоту с универсальностью, способностью обеспечивать контроль дренажа, воспроизведение эффектов наиболее распространенных полевых условий нагружения и приложение желаемых главных и второстепенных главных напряжений. ⁽¹³⁾ Широкое применение испытаний DS для характеристики прочностных параметров сыпучих материалов объясняется их простотой, необходимостью более короткого времени проведения экспериментов, а также способностью заранее определять ориентацию поверхности разрушения по желанию и позволять определять остаточную сила. ⁽¹⁴⁾ Однако неспособность контролировать дренаж и неравномерность напряжений и деформаций в тестах DS по сравнению с тестами PS и TX препятствует пригодности устройств DS в исследованиях, которые включают поведение напряженно-деформированного состояния гранулированных материалов.

Обратите внимание, что есть несколько недостатков, связанных с тестами TX и DS по сравнению с тестами с использованием устройства PS. Одно из основных различий между TX и PS заключается в том, что в тестах на основе TX приложенные напряжения являются осесимметричными, что приводит к отсутствию промежуточных основных напряжений. Испытания DS ближе к условию PS, но геометрия и граничные условия испытания DS предопределяют локализованную область высоких деформаций, через которую происходит отказ; разрушение не должно происходить в его естественной плоскости. ⁽¹⁵⁾ Тесты PS лучше подходят для понимания проблем локализации деформации на месте и образования полос сдвига. ⁽¹⁶⁾ В нескольких исследованиях сообщалось о формировании полос сдвига вдоль четко определенной плоскости разрушения при сдвиге в испытаниях на сжатие полистирола, тогда как образцы, подвергнутые сдвигу в аппарате TX, редко имели отчетливую плоскость сдвига. ^(17,18,19) Вместо этого, некоторые наблюдения в микромасштабе с использованием передовых методов визуализации доказали преобладание сложных веерообразных узоров в образцах, подвергнутых испытаниям на сжатие на основе TX. ^(20,21)

Еще одно различие между различными лабораторными испытаниями на сдвиг — это наложенные боковые граничные условия. ⁽²²⁾ И PS, и DS испытания имеют жесткое граничное условие, которое значительно снижает перемещение зерен во время сдвига. Гибкая граница мембраны в тестах TX допускает боковое движение частиц, что препятствует мобилизации углов трения. Другим заметным отличием методов тестирования является их влияние на поведение при деформации после пика.Что касается песка, Стерпи (2000) указал, что тесты на основе TX предполагают идеально пластичное поведение, тогда как результаты PS показали заметные эффекты смягчения деформации, в частности, для более плотных образцов или для высоких значений уровней ограничивающего напряжения. ⁽²³⁾ В целом, измеренная прочность на сдвиг при испытании PS больше, чем измеренная при испытании DS, которая больше, чем измеренная при испытании TX.

Независимо от испытательного устройства для определения параметров прочности и деформации сыпучих материалов, содержащих частицы больших размеров, таких как каменные насыпи и OGA, требуется оборудование нестандартных размеров. ⁽²⁴⁾ Чтобы охарактеризовать обычные устройства DS и TX, для которых требуются образцы меньшего размера, размеры частиц уменьшаются на основе различных методов моделирования. Как цитируют Хонканадавар и Шарма (2013), для уменьшения размера материала-прототипа используются четыре метода моделирования: метод скальпирования, метод параллельной градации, построение квадратичной кривой распределения зерен по размеру и метод замены. (См. Ссылки с 25 по 29.Следуя открытиям Рамамурти и Гупты, которые показали, что параллельная градация является лучшим методом, несколько других исследователей провели испытания на сдвиг смоделированных материалов на основе техники параллельной градации. (См. Ссылки 30, 29, 24 и 31.) Результаты моделирования этих материалов могут потенциально привести к неточному поведению при деформации и режимам разрушения из-за неизбежного зависящего от размера расширения и различных механизмов дробления частиц. ⁽³²⁾ Следовательно, использование крупномасштабного устройства трехосного и прямого сдвига является обязательным для реалистичного изображения прочностных и деформационных характеристик агрегатов с крупными зернами, такими как OGA.

Интерпретация данных

Прочность гранулированных материалов на сдвиг обычно характеризуется углом внутреннего трения (ϕ) и сцепления ( c ). Из-за высокой скорости дренажа в OGA, исследования сдвига для OGA следует проводить в дренированных условиях, и по этой причине напряжения и параметры прочности будут представлены в их эффективных формах напряжений (например, ϕ ‘, c’, σ ‘ ₁ , σ ‘ ₃ ).Есть три концепции представления значений углов трения для любого испытания на сдвиг. Во-первых, секущий или пиковый угол трения (ϕ ‘ _s ) может быть определен для данного испытания, подвергнутого конкретному эффективному напряжению консолидации и предполагающего нулевое значение c из-за отсутствия когезии в OGA (рисунок 3). Во-вторых, комбинированный или касательный угол трения (ϕ ‘ _t ) также может быть вычислен для того же типа агрегата (рассматриваемого как наиболее подходящий для ряда уровней напряжений), чтобы сформировать диапазон разрушения MC (рисунок 3).Наконец, угол трения CV можно вычислить как угол трения, в котором есть нулевое расширение, называемый подходом с нулевым углом расширения (ZDA). ⁽³⁾

Рисунок 3. Диаграмма. Рисунок секущего (ϕ) и касательного (ϕ’t) угла трения для испытаний DS

Критерий отказа MC является наиболее часто используемым подходом для определения ϕ ‘ _t (уравнение 1).

(1)

Где:

𝜏 _f = напряжение сдвига при разрушении.
c ‘ = Эффективная сплоченность.
σ ‘ _n = эффективное нормальное напряжение.
‘ = Эффективный угол внутреннего трения.

Для несвязных OGA член связности равен нулю. Этот подход предполагает, что разрушение при сдвиге начинается в определенной точке массы грунта, когда на некоторой поверхности, проходящей через эту точку, достигается критическая комбинация сдвиговых и нормальных напряжений. ⁽¹⁰⁾ Оборудование TX и DS разработано для определения и исследования этих критических комбинаций; затем результаты используются для расчета параметров прочности.

В испытаниях на сжатие TX предполагается, что к границам образца прилагаются только главные напряжения, причем параметры прочности извлекаются из измеренных основных (σ ‘ ₁ ) и малых (σ ‘ ₃ ) основные напряжения при отказе. Траектория напряжения сдвига ( q ) и траектория среднего напряжения ( p ‘) вычисляются для серии испытаний согласно уравнению 2 и уравнению 3 соответственно. ⁽³³⁾

(2)

(3)

При рассмотрении траекторий напряжений была разработана модифицированная граница разрушения на основе значений p и q , обычно называемая линией K _f . ⁽³⁴⁾ Конверт определяется уравнением 4.

(4)

Где:

α = Угол, который измененная огибающая разрушения (путь напряжения) образует с горизонталью.

Соотношение между касательным эффективным углом трения (ϕ ‘ _t ) и α показано в уравнении 5.

(5)

Для испытаний TX значение секущего или пикового угла трения (ϕ ‘ _s ) для каждого конкретного испытания вычисляется с использованием уравнения 6, которое выводится из кругов Мора с применением тригонометрических соотношений. ⁽³⁴⁾

(6)

В отличие от тестов TX, основные и второстепенные основные напряжения в тестах DS не измеряются. Следовательно, приложенное нормальное напряжение и измеренное напряжение сдвига при разрушении используются для расчета этих параметров прочности. Подобно испытанию TX, отдельные пары 𝜏 _f и σ ‘ _n из серии испытаний одного и того же типа агрегата в зависимости от различных ограничивающих напряжений наносятся на график, а линейная граница разрушения MC разрабатывается как линия наилучшего соответствия пикового значения сдвига и нормального напряжения в этих различных точках напряжения (рис. 3).Затем вычисляется ϕ ‘ _t как арктангенс наклона линейной аппроксимации. Значение ϕ ‘ _s для каждого конкретного испытания на сдвиг определяется в соответствии с уравнением 7.

(7)

Критерий линейного отказа MC — это линейное представление нелинейной в противном случае огибающей характеристики прочности. Было разработано несколько подходов для описания этого нелинейного увеличения максимальной прочности гранулированных материалов на сдвиг как функции возрастающего ограничивающего напряжения.Силовая функция (уравнение 8), разработанная Чарльзом и Уоттсом, также была принята другими исследователями с некоторыми модификациями исходного уравнения. (См. Ссылки с 35 по 38.)

(8)

Где:

A и b = нелинейные материальные константы, которые определяются путем подбора кривой экспериментальных данных. Эта модель силы кривой мощности может использоваться для интерпретации данных испытаний как TX, так и DS.

Другие модели, такие как модель Хук-Брауна, были созданы для характеристики прочности горных материалов с точки зрения главных и второстепенных главных напряжений. Следовательно, они более актуальны для данных TX. ^(39,40,41) Эта модель также имеет материальные константы, которые необходимо оценить на основе геологических данных и дополнительных испытаний, таких как прочность на одноосное сжатие. Никс и Адамс (2013) использовали ZDA, который основан на линейной зависимости между углами трения и углами расширения в зависимости от различных напряжений консолидации для одного и того же агрегата. ⁽³⁾ Согласно Болтону (1986), пересечение оси y наилучшей линейной огибающей в этом подходе соответствует постоянному объему или углу трения в критическом состоянии (ϕ ‘ _cv ). ⁽⁴²⁾ Преимущество этого метода состоит в том, что эффект расширения сводится на нет, и в результате получается консервативное значение прочности на сдвиг, не полагаясь на кажущееся значение сцепления, как в линейном методе MC.

В этом исследовании основное внимание уделяется простым подходам, которые используются для определения общих параметров прочности на сдвиг (например,г. ϕ ‘ _s , ϕ ‘ _t и ϕ ‘ _cv ), применимые как для испытаний TX, так и для DS, чтобы обеспечить беспристрастное сравнение и подход, не требующий каких-либо дополнительных испытаний на прочность. Линейная зависимость MC широко используется и принимается из-за ее приемлемого допуска для большинства геотехнических приложений. ⁽³⁶⁾ Этот подход также не требует каких-либо других испытаний на прочность или геологических данных и может использоваться для извлечения ϕ ‘ _s и ϕ ‘ _t как для испытаний TX, так и для DS.ZDA — еще один простой метод вычисления ϕ ‘ _cv . Поэтому эти два подхода приняты и сравниваются в этом исследовании для характеристики параметров прочности OGA на основе устройств TX и DS.

Практика проектирования

Практика проектирования при решении задач, связанных с приложением напряжений к грунтам, может быть разделена на (а) проектирование с контролем деформации (например, осадки) и (б) проектирование с контролем отказов (например, несущее сопротивление). ⁽⁴³⁾ Другими словами, предельные состояния по эксплуатации и прочности должны соблюдаться при проектировании. Для применений, связанных с относительно жесткими конструкциями, такими как фундаменты мостов и подпорные стены, где ожидается, что деформации будут небольшими, предел прочности обратной засыпки или подстилающего грунта особенно важен. Поэтому прочность засыпки на сдвиг является ключевым параметром при проектировании.

Проектирование с контролем отказов для геотехнических приложений включает определение внутреннего угла трения (ϕ), который является одним из основных инженерных параметров.Угол трения имеет решающее значение, поскольку он используется для расчета бокового давления и сопротивления подшипника. Для транспортных приложений в первую очередь используются Спецификации конструкции и конструкции мостов, разработанные AASHTO для расчета коэффициента нагрузки и сопротивления. ^(44,45,46) Для механически стабилизированных земляных стен (MSE) в проектных спецификациях отмечается, что значение угла трения может быть принято равным 34 градусам с пределом 40 градусов в случае испытания. Технические характеристики конструкции требуют проверки проектного предположения о том, что материал имеет угол трения не менее 34 градусов на участке, проходящем через канал No.10 (0,08 дюйма), как определено стандартным тестом на прямой сдвиг (SDS). ⁽⁴⁵⁾ Для засыпок, у которых 80 процентов размеров больше 0,75 дюйма, испытания не требуются. В то время как спецификации AASHTO не запрещают использование OGA, рекомендации FHWA для стен MSE, принятые многими транспортными агентствами, рекомендуют использовать хорошо отсортированные материалы. ^(47,48) Для стен и устоев, армированных геосинтетическим грунтом, в строительстве могут использоваться как OGA, так и хорошо отсортированные заполнители с минимальным углом трения 38 градусов.Никаких максимальных ограничений не накладывается при надлежащем испытании в лаборатории.

На основании опроса государственных транспортных ведомств, примерно 74 процента ответили, что они используют предполагаемые параметры прочности для засыпки в конструкции подпорной стены, при этом 65 процентов респондентов предполагают, что угол трения составляет 34 градуса или меньше. ⁽⁴⁹⁾ При проведении испытаний 60% и 70% заявили, что используют устройства прямого сдвига и трехосные устройства соответственно. Обзор литературы показал, что указанные углы трения для плохо гранулированных материалов, испытанных с использованием устройств DS и TX (таблица 1).Несмотря на доступность обширных данных о прочности, которые демонстрируют углы трения, превышающие заданные по умолчанию 34 градуса для различных сыпучих материалов, проведенные с использованием всех видов устройств для испытаний на сдвиг, существует очень ограниченные данные о крупногабаритных агрегатах с узкой градацией, таких как AASHTO Агрегаты M43 (например, OGA). Было обнаружено три исследования, в которых изучались материалы, близкие к агрегатам № 7, № 56 и № 57. ^(50,51,52)

Для примерного агрегата № 7 разница между стандартными тестами DS и TX составила около 7 градусов; результаты TX были на 15 процентов меньше, чем результаты DS (таблица 1).Для приблизительного агрегата № 56 разница была значительно больше между двумя типами тестов: TX на 25 градусов, или 33 процента, ниже, чем DS. Исследователь признал, что в большинстве опубликованных в литературе работ разница в углах трения намного меньше, но исследователь пришел к выводу, что такие отчеты не действительны для испытанного песчаника Бремангер. ⁽⁵¹⁾

Два исследователя сообщили об углах трения для агрегата № 57; однако оба были сосредоточены на тестировании TX или DS, без сравнения.

Ограниченные исследования действительно показывают сравнение значений ϕ ‘ из тестов TX и DS для OGA. Согласно таблице 1, максимальное значение составляет 33 процента, при этом значения TX ниже, чем DS; хотя и высокий, этот результат согласуется с результатами других исследований, показывающих, что углы трения TX ниже, чем DS, которые ниже, чем PS. (См. Ссылки с 53 по 56). Основываясь на компиляции различных исследований на песке, Kulhawy и Mayne (1990) представили взаимосвязь для испытаний на сжатие DS и TX, а также в зависимости от угла трения CV (уравнение 9). ⁽⁵⁷⁾

(9)

Это соотношение основано на песках и стандартных испытательных устройствах. Из-за отсутствия достаточной базы данных прочностных и напряженно-деформационных свойств агрегатов, обозначенных AASHTO M 43, отсутствуют какие-либо установленные отношения данных о прочности между состоянием PS (а также испытанием DS) и условием осесимметричного нагружения. тестов TX. Таким образом, нехватка таких данных — одна из главных мотиваций этой работы.

Таблица 1. Углы трения, указанные при испытаниях DS и TX.

¹ Если не указано для одного ограничивающего давления, ϕ ‘относится к касательному углу трения, полученному из диапазона разрушения Мора-Кулона.
DS = прямой сдвиг.
TX = трехосный.
— = Информация не предоставлена ​​

2.3 ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ КОНСТРУКЦИИ

Как обсуждалось ранее, прочность этих материалов является важным фактором при проектировании. Для OGA прочность в первую очередь определяется углом внутреннего трения (ϕ). Таким образом, выбор угла трения оказывает значительное влияние на проектирование геотехнических элементов. Он играет роль в коэффициентах давления грунта, используемых при определении бокового давления грунта.При проектировании подпорной стены коэффициент активного давления грунта ( K _и ) часто используется для условий разрушения (уравнение 10). Чем больше угол трения, тем ниже коэффициент и, следовательно, тем меньше боковое давление, которому необходимо противостоять при проектировании.

(10)

Угол внутреннего трения также важен при определении коэффициентов несущей способности (таблица 2), используемых в обычном уравнении для оценки номинального сопротивления подшипника, описанном Munfakh et al.(2001). ^(44,45) По мере увеличения значений коэффициентов несущей способности увеличивается и сопротивление подшипников, что уменьшает требуемый размер фундамента. Таблица 3 иллюстрирует влияние использования более высоких углов трения на K _a и коэффициенты несущей способности, N _c , N _q и N _ϒ . Разница между K _и между 34 градусами и 45 градусами составляет 1,6; разница в сопротивлении подшипникам еще выше.Более экономичные конструкции могут быть реализованы за счет использования фактических прочностных свойств OGA вместо установки по умолчанию на 34 градуса.

Таблица 2. Коэффициенты несущей способности. ⁽⁴⁴⁾

Таблица 3. Влияние угла трения на геотехнические константы при проектировании.

Свойства почвы

Классификация грунтов

• Почва классификация по размеру частиц.

• Почва, которая грунт диаметром менее 0,067 мм называется связным грунтом и состоит из глины и ил.

• Почвенный диаметр частиц более 0,067 называется менее сцепленным с грунтом и состоит из из песка, гравия и камня

Предел отдельного размера почвы :

Камень> 60 мм

Глина <0,002

Набросайте классификацию грунт в соответствии с размером диаметра, показанным на рис. (1)

1. Органическая почва

2. Неорганический грунт, состоящий из связного грунта (глина — ил) и слабосвязный грунт (песок — гравий — камень)

Свойства почвы :

Между почвой частицы — это внутренние силы, которым почва может противостоять провал и долгое скольжение любой плоскости внутри него.Один из них сплоченный прочность (C), а другой — угол внутреннего трения (φ).

Когезионная сила отчетливо проявляются в связной почве, больше, чем связность менее почвенная, вызывается это вынуждает ..

Связная почва называется почвой C и

Когезия меньше почвы называется φ почва

Но почва в вообще называется C φ почвой.

Определение почвы свойства (прочность на сдвиг) :

Прочность на сдвиг параметры грунта можно определить в лабораторных условиях преимущественно по трем типам тестов. Испытание на прямой сдвиг, испытание на трехосное и неограниченное сжатие.

1. Испытание на прямой сдвиг :

Это самый старый и простейшая форма испытания на сдвиг.Испытательное оборудование состоит из металлической коробки для сдвига в в который помещается образец, как показано на рис. (2).

Коробка разделена по горизонтали на две половины. Нормальное усилие на образец прикладывается сверху коробки сдвига собственным весом. Сдвигающая сила приложена к боковой стороне верха половина ящика, чтобы вызвать разрушение образца почвы. Для данного теста. В нормальное напряжение можно рассчитать как: —

и напряжение сдвига может рассчитывается как:

Тест повторяется более 3 раз. время с другим значением силы P (нормальная сила).Отсюда следует, что значение разницы для силы T (сила сдвига).

Поместите результаты в таблицу и эскиз, как показано на рис. (3).

Рис. (3) A: Результаты в таблице сдвига напряжение

Значение прочности на сдвиг может определяется, как показано, где

φ = Угол внутреннее трение.

C = когезионный напряжение или адгезионное напряжение

Уравнение для средняя линия, полученная по результатам экспериментов, называется законом Кулона.

S = C + σ загар φ

Где:

S: сдвиг прочность

C: адгезия стресс

φ: трение угол

σ: нормальный стресс

1. Испытание на трехосное сжатие :

Испытание на трехосное сжатие — один из наиболее распространенных методов определения параметры прочности на сдвиг или C и φ для грунта.

В размеры образца составляют 1,5 дюйма и 3 в диаметре и длине, как показано на рис. (4) образец заключен в тонкую резиновую мембрану и помещен внутрь пластика. цилиндрическая камера, обычно заполненная водой под давлением, на образец действует осевая нагрузка, вызывающая осевое напряжение.Осевой приращение напряжения до разрушения образца и измерение осевой деформации с помощью индикатора часового типа Δ σ, как показано на рис (5), образец грунта подвергается всестороннему ограничивающему давлению σ ₃ .

Где:

σ ₃ = поры давление воды на ограничивающее напряжение

σ ₁ = Общее осевое напряжение при разрушении

σ ₃ = σ ₃ + Cσ ₁

Рис. (5): Приложение напряжения

Где:

σ ₃ : Давление поровой воды на ограничивающее напряжение

σ ₁ : Общее осевое напряжение при отказе

σ ₁ = σ ₃ + Δ σ

в трехосном тест σ ₁ главный главный стресс и σ ₃ — испытание на несколько малых нагрузок на аналогичных образцах можно проводить, варьируя ограничивающее давление, при этом основные и второстепенные основные напряжения при отказе для каждой оболочки можно получить следующее соотношение показывает рис.(6) и рис. (7)

Рис. (6): Круг Мора

Рис. (7): Таблица результатов

Как показано на рис. (6) план отказа Θ с основным Принципиальный самолет.

Где:

φ: угол внутреннее трение

И прочность на сдвиг уравнение можно записать как

S = C + σ тангенс φ

Пример :

Трехосный Был проведен тест на сжатие, и результаты были следующими.Определить сдвиг прочностные параметры грунта.

Решение :

Рис. (8): Из кривой мы можем измерить C и Q

3. Испытание на неограниченное сжатие :

Этот особый тип теста используется для образца глины, как показано на рис. (9), где φ = 0 в этом испытании сдерживающее давление σ ₃ равен нулю, быстро прикладывается осевая нагрузка, вызывающая отказ, при отказе незначительная основное напряжение σ ₃ = _{0 и главное главное напряжение σ 1 , соотношение между напряжениями, сдвигом и нормалью, как показано на рис.(10). Таким образом, неограниченная когезионная сила равна (Cu).}

Рис. (9): Неограниченное сжатие Тест

Где:

σ ₁ = незначительное напряжение, называемое неограниченным напряжением q _u

Фиг.(10): подчеркивает соотношения для испытание на неограниченное сжатие.

Что такое внутреннее трение? — Определение, угол и коэффициент

Угол и коэффициент

Коэффициент м называется внутренним коэффициентом трения . Значение этого коэффициента зависит от типа материалов и их частиц. Например, коэффициент трения стали больше, чем коэффициент трения дерева.А коэффициент трения глинистой массы грунта обычно меньше, чем коэффициент трения гравийной массы грунта. Фактически, частицы глинистой почвы могут противостоять меньшему количеству напряжения сдвига, и их частицы будут легче скользить друг по другу по сравнению с частицами гравийной почвы.

Теперь, когда мы определили внутреннюю силу трения и коэффициент трения, давайте поговорим об угле трения . Возвращаясь к примеру сплошного блока (см. Рисунок), мы видим, что есть угол наклона, на котором эти два блока сидят и действуют друг на друга (угол E ).

Очевидно, что чем круче угол наклона, тем легче верхнему блоку будет скользить и двигаться вниз по склону. Это в точности то же самое, что и частицы твердого материала, например, почвенной массы. Чтобы лучше понять концепцию угла трения, давайте рассмотрим два разных типа грунта (гравий и глинистый грунт), которые будут откладываться на земле. Как и следовало ожидать, гравийный грунт имеет более крутой угол естественного откоса, чем другой тип грунта. Фактически, угол трения гравийного грунта больше, чем угол трения другого грунта.

Краткое содержание урока

Внутреннее трение Сила — это сила, которая выдерживает движение между частицами твердого материала, подверженного деформации из-за внешних сил или изменений температуры. Коэффициент трения — это коэффициент соотношения между нормальными силами и силами трения, действующими между внутренними частицами твердого материала. И, наконец, внутренний угол трения — это угол естественного откоса внутренних частиц материала, который необходим для удержания частиц на месте относительно друг друга.

Оценка угла внутреннего трения зоны субдукции на северо-востоке Японии с использованием сейсмофокальных механизмов

Аннотация

Физические свойства, такие как угол трения материала, важны для понимания межплитного землетрясения в зоне субдукции. Модель кулоновского клина (Davis et al., 1983, JGR) успешно раскрывает взаимосвязь между геометрией аккреционного клина в зоне субдукции и физическими свойствами материала, составляющего аккреционный клин (например,г. Dahlen, 1984, JGR). Угол внутреннего трения клина и сила трения пограничного дефекта пластины определяют угол клина в соответствии с моделью кулоновского клина. Однако угол внутреннего трения клина и прочность на трение пограничного дефекта пластины оценить сложно. Во многих предыдущих работах предполагался угол внутреннего трения клина на основе лабораторных экспериментов. Затем по наблюдаемому углу клина и предполагаемому углу внутреннего трения клина оценивалась прочность на трение дефекта на границе пластины, который обычно представляет наибольший интерес.Следовательно, мы должны быть осторожны при выборе угла внутреннего трения клина, в противном случае неопределенный несоответствующий угол внутреннего трения может ввести в заблуждение силу трения пограничного дефекта пластины. В этом исследовании мы использовали недавно разработанный метод для оценки угла внутреннего трения клина от механизмов очага землетрясения, возникшего в клине вдоль Японской впадины на северо-востоке Японии. Мы использовали 650 механизмов землетрясений, определенных NIED, Япония, для инверсии напряжений и коэффициентов трения.Метод инверсии напряжения и коэффициента трения модифицирован для обработки механизмов очага землетрясения с помощью компьютеризированного метода оценки коэффициента трения по ориентационному распределению разломов (Sato, 2016, JSG). Наконец, мы получили угол внутреннего трения клина 25 градусов от переворачивания. Это значение угла трения ниже, чем обычно предполагаемый угол внутреннего трения (30 градусов) (Byerlee, 1978, PAGEOPH). Этот более низкий угол внутреннего трения приводит к более низкой прочности на трение пограничного дефекта пластины (0.35) по модели кулоновского клина. Эти ограниченные физические параметры могут способствовать пониманию межплитного землетрясения в каждой зоне субдукции.

Металлы | Бесплатный полнотекстовый | Угол внутреннего трения металлических порошков

1. Введение