Деформация почвы под воздействием клина.

Под воздействием простого клина почва может деформироваться разнообразно. Характер деформации при этом зависит от физико-механических свойств почвы, угла α между рабочими гранями клина и напряжений, к которым почва наиболее податлива. Для разрушения почвы растяжением требуется сила примерно в 10 раз меньшая, чем для разрушения сжатием. Клин деформирует почву растяжением, а потому считается экономически выгодным орудием. Однако в чистом виде деформация растяжением происходит весьма редко. Она обычно сопровождается изгибом или изломом и зависит от физико-механических свойств почвы. При расклинивании материал изгибается и одни его слои сжимаются до некоторого предела, обусловленного прочностью пласта, а другие растягиваются с появлением трещин и изломов, в результате чего образуются призмовидные глыбы. При дальнейшем продвижении клина процесс повторится, то есть клин сминает следующие частицы до появления трещин и образования новых глыб.

Кроме того, при разрушении материала клином можно с помощью небольших осевых усилий (рис. 9) получить большие нормальные силы, разрывающие материал на части.

Рисунок 9 – Схема расклинивания материала.

Учитывая, что α угол при вершине клина, получим следующие нормальные силы:

Или с учетом угла трения φ:

4.Разрушение почвы клином согласно теории В.П. Горячкина.

Для решения ряда практических задач академиком В.П. Горячкиным на основе экспериментальных исследований была представлена теория разрушения почвы клином в следующем виде:

Рисунок 10 – Схема скалывания почвы клином.

При перемещении клина в почве (рис. 10) происходит его воздействие на элементарную частицу с усилием R, которое отклоняется от нормали N на угол трения φ. Частица почвы в начальный момент взаимодействия с другими частицами начинает вдавливаться (деформироваться) до тех пор, пока не возникнут в точке контакта силы сжатия больше, чем силы отрыва частиц. Судя по диаграмме изменения твердости, возникает пластическая деформация и происходит разрушение почвы вблизи действия силы R по ломаной кривой К, отрезки которой поочередно параллельны плоскостям Н₁ и Н₂, построенных под углом внутреннего трения почвы ^ω/₂. Следующий цикл разрушения повторяется, разница при этом лишь только в направлении деформации. Таким образом, разрушение почвы клином происходит под некоторым углом θ – углом скалывания, который определяется по формуле:

где φ – угол трения пласта о поверхность клина;

ω – угол внутреннего трения.

Для почв оптимальной влажности угол θ положителен и после скалывания глыбы продолжают скользить по поверхности клина без дополнительных деформаций. При обработке пересохшей почвы угол θ приобретает отрицательное значение, что приводит к отрыву отдельных глыб неправильной формы и образованию неровного дна борозды. На влажной задернелой почве пласт, поступающий на клин, имеет вид сплошной ленты, то есть поверхность отрыва горизонтальна и угол θ=0.