Действительное давление на площадку сдвига будет равно
. (3.14)
Тогда его нормальное значение определится так
. (3.15)
Величина коэффициента бокового давления принимается по результатам измерения физико-механических свойств грунта или рассчитывается по формуле Г.И. Покровского
.
а) |
б) |
Рисунок 3.2 Сдвиг грунта по боковой грани: а) расчетная схема; б) план скоростей. |
Предельные касательные напряжения, действующие на боковой грани ОМВ в момент сдвига, определим по формуле Кулона (1.2), которая, с учетом уравнений (3.13), (3.14) и (3.15) будет выглядеть так
. (3.16)
Сдвигу грунта по боковой грани ОМВ препятствует сила, равная
, (3.17)
где SOMB – площадь боковой грани ОМВ, взаимодействующая с грунтом ненарушенной структуры.
После сдвига величина силы уменьшится вследствие разрушения сцепления грунта по боковой грани до значения . В этом случае на площадку сдвига будет действовать давление
,
а остаточное сцепление на боковой грани будет равно
.
Подставляя эти значения в уравнение (3.16) и используя уравнение (3.17), получим величину силы , действующей непосредственно после сдвига
. (3.18)
Таким образом, по торцам сдвигаемой призмы грунта действует дополнительное сопротивление Е , которое можно учесть следующим образом.
Рассмотрим многоугольник сил, действующих на перемещаемую по ножу призму грунта OBKD, с учётом рассматриваемой выше силы Е (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 Многоугольник сил, действующих на призму МСВ1. |
В момент сдвига на эту призму действуют ее вес G; сила сцепления , действующая по площадке сдвига ОВ; сила Rmax, действующая со стороны ножа; сила Еmax, действующая со стороны площадки сдвига ОВ; две силы , препятствующие сдвигу по обеим боковым граням ОМВ.
Из рисунка видно, что дополнительные сопротивления 2Е приводят к увеличению как силы Еmax, так и силы Rmax, соответственно на величины и . Однако такое увеличение сил Еmax и Rmax следует считать локальным, действующем на площадку ОВ и нож в непосредственной близости от боковых граней ОМВ перемещаемой призмы OBKD, и не изменяющей давления по длине ножа и площадки сдвига ОВ.
Поэтому, при определении сопротивления грунта резанию как непосредственно в момент сдвига, так и сразу после него, достаточно учесть соответственно приращение силы Rmax, и рассмотренное ниже приращение такой же силы Rmin, действующей после сдвига.
Многоугольник сил, действующих на сдвигаемую призму после сдвига, изображён на том же рисунке. Силы, изменяющиеся в момент сдвига и действующие сразу после него, обозначены индексом «min».
Выделим треугольник, составленный силами , , и определим приращение силы Rmax в момент сдвига
. (3.19)
Аналогично приращение силы Rmin будет равно
. (3.20)
Из тех же треугольников сил можно получить, что
|
;
;
.
Таким образом, в уравнения (3.11) и (3.12) для учета дополнительного сопротивления по боковым граням следует подставлять соответствующие значения , или , из уравнений (3.21).
При свободном резании, естественно, дополнительные сопротивления отсутствуют, а при полусвободном уравнения (3.19) и (3.20) должны употребляться без коэффициента 2.