Физико механические свойства почвы


Почва является не только средой для прорастания сельскохозяйственных растений, но и физико механические свойства почвы основанием, по которому движутся тракторы и автомобили. Поэтому физико-механические свойства почв и характер процессов, происходящих при взаимодействии с почвой колес и гусениц, необходимо знать для построения теории сухопутных тяговых и транспортных машин и для правильной почвозащитной их эксплуатации. Однако большое разнообразие почв и множество факторов, влияющих на их свойства, затрудняют разработку теоретически обоснованных зависимостей, которые могли бы характеризовать процесс взаимодействия ходовых систем машин с почвой при различных ее состояниях и условиях нагружения. Имеющиеся данные о механике почв носят либо частный, либо в значительной степени эмпирический характер. Поэтому рассмотрим лишь некоторые сведения, представляющие интерес с рассматриваемой точки зрения, т. Структура — это соотношение в процентах комков почвы размером более 10 мм, 0,25. Структура почвы зависит от количества органической части гумуса, растительных остатковколичества и видов живых микроорганизмов, климата тепло, влагасистемы машин и технологии обработки почвы, крошения рыхления на комки размером 0,25. Гранулометрический состав — это процентное содержание в почве минеральных твердых частиц разного размера песчаных и глинистых. В зависимости от преобладания песчаных зерна кварца, полевых физико механические свойства почвы и других составляющих размером 0,1. Плотность масса единицы объема зависит при данном состоянии почвы от минералогического состава и процентного содержания гумуса, а также от степени уплотнения почвы ходовыми системами тракторов, автомобилей физико механические свойства почвы сельскохозяйственных машин. Существует вполне определенное значение плотности почвы, при котором растения хорошо прорастают, получая питание, и дают высокий урожай. Физико механические свойства почвы, на суглинистых почвах такое оптимальное значение плотности р ориентировочно находится в пределах физико механические свойства почвы. Конкретные оптимальные значения плотности зависят от состояния почвы и вида растений. Если ходовые системы машин уплотняют почву до плотности больших значений, чем оптимальные, то плодородие данной почвы уменьшается, а сопротивление и энергоемкость ее обработки увеличиваются. В связи с этим плотность рценивают в зависимости от наибольшего и среднего давления, оказываемого на почву колесами и гусеницами машины, от числа проходов этих машин по одному и тому же следу и сравнивают с оптимальным значением плотности для данной почвы. Л05°С из образца почвы объемом обычно 50 см3, взятого в специальный сосуд из горизонта почвы на глубине 50 мм от поверхности и помещенного в специальную печь для испарения воды; ттмря — масса твердых частиц почвы, оставшихся в сосуде после испарения воды. Влажность минеральных почв находится в пределах 4. В дождливые сезоны влажность почвы возрастает, при засухе — резко уменьшается по сравнению с приведенными значениями. На поливных землях влажность почвы зависит также от нормы полива, его периодичности и других факторов. Твердость почвы определяют в процессе вдавливания в почву твердомеров плунжерного типа или ударников конусной формы. Твердость характеризует сопротивление почвы резанию. При воздействии на почву ходовых органов движущихся машин она подвергается сжатию уплотнению и сдвигу в разных направлениях. В результате этого в ней возникают поля нормальных и касательных напряжений, распространяющихся в глубину и в разные стороны от места приложения нагрузки. Значения напряжений и распределение их в деформируемых слоях почвы зависят как от действующих нагрузок и условий их приложения, так и в значительной степени от физических свойств и состояния почвы. От способности почвы выдерживать указанные нагрузки зависят глубины следов, образуемых движущимися колесами и гусеницами, сопротивление качению и сила сцепления ведущих органов с почвой. Поэтому физико механические свойства почвы механическими свойствами почвы, влияющими на тягово-сцепные свойства машины, являются сопротивления сжатию и сдвигу. Сопротивление почвы сжатию зависит от глубины h рис. Из рисунка 6 видно, физико механические свойства почвы штамп с опорной площадью F и физико механические свойства почвы b нагружают нормально к поверхности почвы силой Quit, под физико механические свойства почвы которой штамп деформирует почву на глубину Под штампом образуется уплотненный слой почвы, эпюра давлений р которого характеризуется средним рСр й наибольшим Ртах значениями. Вид эпюры зависит от жесткости и шероховатости штампа, от физических свойств почвы. Если экспериментальную зависимость между средним давлением рср под штампом и глубиной h его погружения аппроксимировать какой-либо функцией, то можно получить кривую, изображенную на рисунке 7. На кривой можно выделить три участка, отображающих особенности взаимодействия между давлениями р и внутренними силами сопротивления почвы. Здесь происходит, главным образом уплотнение почвы. В уплотняющейся почве возникают очаги местных сдвигов; по мере роста внешней нагрузки напряжения сдвига становятся в ряде мест больше внутреннего трения и сцепления между частицами почвы. В результате этого рост осадки постепенно становится все более интенсивным. На участке III начинается пластическое течение почвы: весь массив, подвергнутый деформации, охвачен сдвигами. Уплотнение почвы прекращается, и вся она из-под колес и гусениц выпирается в стороны. На этом участке кривой осадки, представленной в виде вертикальной прямой, условно принято, что осадка прогрессирует без повышения внешней нагрузки. Для математического описания экспериментально полученных данных р и А используют несколько функций: степенную, с гиперболическим тангенсом, синусоидальную, показательную и др. Ниже приведены функции, предложенные соответственно про­фессорами Значения коэффициентов k, р. Поэтому указанные формулы находят применение лишь для теоретического анализа зависимости глубины следа от давления под колесами или гусеницами. Для использования опытных данных о сопротивлении почвы сжатию под штампами малых размеров применительно к пятнам контакта колес и гусениц реальных размеров обращаются к методу подобия и размерностей. При этом для определения значений внешней нагрузки QH на натурное колесо или гусеницу используют безразмерные критерии и масштабы подобия взаимодействия малых модельных и реальных колес гусениц с почвой. Сопротивление почвы сдвигу определяется физико механические свойства почвы основном сцеплением и внутренним трением между частицами. Сцепление между частицами почвы обусловлено ее физико механические свойства почвы, а также наличием глинистых фракций, органических коллоидов и других естественных вяжущих веществ. Внутреннее трение между частицами почвы возникает при сдвиге вследствие зацепления одних частиц за другие, которое проявляется только при действии на физико механические свойства почвы нормальной сжимающей нагрузки и находится в известной зависимости от ее значений. Наибольшим внутренним трением обладают песчаные и супесчаные почвы, состоящие из шероховатых частиц с относительно большими неровностями. Графически эта зависимость представлена на рисунке 8. Дальнейший рост сопротивления сдвигу обусловлен трением между частицами почвы. В почвах большой связности трение между частицами несущественно. Для них приведенную кривую можно заменить прямой, проходящей через точку а параллельно оси абсцисс. Оба рассмотренных примера являются крайними; в большинстве же случаев почвы обладают промежуточной структурой. Механические свойства почвы в зависимости от ее состояния изменяются в широких пределах. Например, на механическую прочность почвы существенно влияет ее влажность. Чтобы получить выражение для коэффициента сцепления почвы, необходимо разделить обе части формулы 14 на давление р. Тогда Эта зависимость в функции давления р приведена физико механические свойства почвы рисунке 9, где показаны четыре зоны. Таким образом, по расчетным данным, значение фсц резко возрастает при давлении ниже 30 кПа практически на почвах всех видов и состояний и может достигать значений, намного больших единицы. Экспериментальные данные качественно подтверждают эту закономерность. Однако на практике закономерность Кулона проявляется только при сдвиге перемещении S почвы. Сдвиговую пластину длиной Lon и шириной 6, оснащенную почвозацепами, нагружают нормальной силой Qmr и протягивают с силой ГШт по почве на физико механические свойства почвы S с помощью троса. Полученная в процессе опыта на песчаной почве зависимость тх от рСр изображена на рисунке 10, е. Сопротивление почвы сдвигу создается не только под пятном контакта, но и по боковым поверхностям колеса гусеницыкоторыми оно соприкасается с почвой при погружении. В этом случае боковины действуют на почву с некоторым боковым давлением рбок. В результате значение создаваемой силы тяги больше значения, определенного по формуле 18. Кроме того, в формулах 15. Значение этих реакций зависит ;от материала почвозацепов, пластины или звена гусеницы, который влияет на закон распределения давлений под деталями штампа. На развитие деформаций в почве влияет не только значение, но и характер нагрузки, скорость ее приложения и продолжительность действия. Деформация почвы при полном приложении нагрузки меньше, чем при неравномерной нагрузке. При кратковременном действии нагрузки напряженное состояние почвы продолжается меньше того времени, которое необходимо для полного развития деформаций, соответствующих данной нагрузке. Это особенно относится к связным почвам, которые деформируются сравнительно медленно. Исследованиями установлено, что на связных почвах глубина колеи, образуемой при прохождении колес и гусениц, несколько уменьшается с повышением скорости движения, если только увеличение скорости не сопровождается возникновением дополнительных динамических нагрузок на почву. При многократных приложениях нагрузки, например, в процессе перекатывания опорных катков по гусеницам или в условиях движения машин колоннами, деформации почвы, прекратившиеся после первого воздействия, продолжают расти при последующих воздействиях.

комментарий:

комментарий
 

Объектами исследования являются черноземы обыкновенные, суглинки пылеватые и гумусированные.