Оценка микроконтактной прочности частиц в плотных песчаных грунтах

Abstract

Цель работы – установление силового диапазона применимости контактной теории Герца в механике плотных песчаных грунтов на основе разработки и апробации методики расчетной оценки микроконтактной прочности минеральных частиц. Выполнен силовой анализ упругого контакта частиц грунта внутри элементарной ячейки, моделируемых микросферами с диаметром, равным среднему диаметру частиц рассматриваемого фракционного состава. Характер упаковки частиц в элементарной ячейке принят в виде объемно-центрированного куба. Фрикционное взаимодействие между частицами описывали законом трения Амонтона–Кулона. Параметры контактного взаимодействия определяли с использованием формул Герца с учетом отличия показателей механических свойств поверхностного слоя от аналогичных показателей стандартных образцов. Предложена модель перехода от нагрузок в единичной ячейке к номинальному давлению на массив грунта. Расчетное усилие, действующее на частицу, определяли как произведение номинального давления в массиве частиц на площадь сечения элементарной ячейки. Приведены аналитические зависимости для расчета усилий, возникающих в зоне контакта частиц, а также максимальных давлений на площадках контакта. Произведена оценка внешних давлений на массив грунта, при которых эквивалентные микроконтактные давления, рассчитываемые по второй теории прочности, достигают предела прочности на сжатие материала поверхностного слоя минеральных частиц. Предложено рассматривать эти давления как ограничение на возможность применения теории Герца к решению контактных задач в песчаных грунтах. Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе при подготовке специалистов строительных и химико-технологических специальностей, а также в научно-исследовательской практике.