Классификация грунтов по трудности разработки

В настоящее время используются три различных классификации грунтов.

В строительном деле используют классификацию, построенную на основе происхождения грунтов и гранулометрического состава. Всего имеется семь (I - VII) категорий грунтов. Эта классификация не отражает в достаточной степени трудность разработки фунта, поскольку его свойства меняются в значительной степени от влажности и температуры.

В горном деле используется шкала горных пород по буримости, для чего используется предложенный М.М.Протодьяконовым коэффициент крепости.

f = σ_cж/100.

 

За единицу принят грунт, для которого σ_cж= 1000Н/см²(крепкая глина). Вся шкала фунтов представляет 14 категорий со значением крепости от 0,3 для плывунов и болотистого грунта до 20 для кварцев и базальтов. Данный метод подходит для процесса бурения и неприменим для ножевых рабочих органов землеройных машин.

Так как определение сопротивления резанию и копанию в полевых условиях затруднительно, то были неоднократно сделаны попытки создания простого и удобного метода определения трудности разработки грунт.

Одна из попыток в этой области была сделана проф.Зелениным А.И, предложившим использовать для этой цели ударник ДорНИИ, представляющий собой стержень с наконечником длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1 см². По стержню длиной 0,4 м свободно перемещается груз весом 25 Н (рисунок 7.11). Груз, падая с высоты 0,4 м на буртик, производит работу, за каждое падение равную 10 Н. Число падений, необходимое для погружении в фунт плоскости цилиндрического наконечника на глубину 10 см, называется числом С. При работе в особо слабых фунтах (песок, пахотный грунт и др.) наконечник площадью 1 см² заменяют наконечником с увеличенной площадью, например, 10 см². Такой наконечник погружается на глубину h = 10 см приблизительно за 10 ударов там, где наконечник с пло­щадью 1см² имеет С=1.

При увеличении площади наконечника необходимо учитывать и величину:

где Е| - энергия удара;

Р - площадь наконечника

Как показали опыты, величина n влияет наподобие грунта по прочности при моделировании грунта в лабораторных условиях.

 

Рис. 7.11 Схема ударника ДорНИИ

 

В лабораторных условиях при исследовании моделей землеройных рабочих органов площадь наконечников уменьшают в несколько раз, В фунтовом канале ММЙ соотношение размеров рабочих органов и их моделейсоставляет 1:7. Во столько же раз должна быть изменена и прочность грунта, что определяется ударником ДорНИИ. Для проверки адекватности моделируемой прочности грунта площадь наконечника ударника увеличена в семь раз.

Значительное влияние на точность показаний плотномера оказывает отношение массы падающего груза и массы направляющей части плотномера. Это отношение должно быть равным

Для сохранения этой величины целесообразно стержень с увеличенной площадью наконечника устанавливать на противоположном конце плотномера вместо рукоятки, сохранив при этом соотношение масс примерно равным 2,8. Число ударов С, под действием которых стержень заглубится на 10 см. по данным А Н.Зеленина, пропорционально трудности разработки грунтов I-IV категории по строительной классификации. Такая шкала применительно к одноковшовым строительным экскаваторам при работе в немерзлых фунтах используется в ГОСТ 9693-67 при производстве земляных работ (таблица 7.2).

 

Таблица 7.2 Классификация грунтов по числу ударов ударника

 

Категория грунта по строительной классификации	Наиболее характерные фунты	Число ударов ударника ДорНИИ
	Песок, растительной фунт, суглинок мягкий	1-4
	Суглинок, глина разрых­ленная	5-8
	Глина средней крепости, суглинок крепкий	9-15
	Глина крепкая	16-34

 

 

По данным Н.Г.Домбровского, Ю.А.Ветрова и др. исследователей уже в грунтах IV категории наблюдается несоответствие показаний ударника фактическим данным, полученным при исследовании работы экскаваторов. Кроме того, при наличии каменистых включений в грунтах данный метод также неприменим.

Таким образом, проблема классификации грунтов в стране по трудности их разработки основными типами машин для всей их шкалы еще не может считаться разрешенной и требует дальнейших исследований.

В ФРГ за последнее время дважды изменялись стандарты на классификацию грунтов по трудности их разработки. В настоящее время действует DIN 18196. Все грунты разделены на 7 классов (в более раннем стандарте на 8 классов).

 

 

Таблица 1.2 – Классификация грунтов по трудности разработки, стандарт ФРГ DIN 18300 и DIN 18196

 

N класса по DIN 18196	N класса по DIN 18300	Характеристика грунта
	1.21	Верхний почвенный слой, в который наряду с песчаными, супесчаными, суглинистыми и глинистыми частицами входят и органические материалы.
	1.22	Плывуны. Грунты, которые легко переходят от текучего до твердого состояния с изменением количества влаги.
	1.23	Несвязные и малосвязные материалы (песок, гравий, супесь, песчано-гравийные смеси) с весовой примесью до 15 % и глинистых частиц (величина зерен менее чем 0,006 мм) и с более чем 30 % с содержанием каменистых включений размером от 63 мм до объема 0,01 м^3 (диаметром до 30 см). Органические виды грунтов с малым содержанием воды (например, прочный торф).
	1.24 1.25	Грунты средней трудности разработки. Смесь из песка, гравия, пылеватых частиц и глины с содержанием частиц менее 0,06 мм более, чем 15 %. Связные грунты от слабо до средне-пластичных, которые при изменении влажности меняют свойства от слабых до прочных, и с повышенным содержанием каменистых включений (более 30 %) размером от 63 мм до 30 см.
	1.26	Тяжело разрабатываемые виды грунтов. Виды грунтов класса 3 и 4, которые содержат более 30 % по весовому содержанию каменистых включений размером от 0,01 м^3 до 0,1 м^3 (диаметром от 30 до 60 см).
	1.27	Легкие скальные породы. Слабо связанные трещиноватые скальные породы, имеющие слоистую структуру. Прочные связные сухие грунты. Несвязные и связные виды грунтов, которые более чем 30 % веса включают скальную породу размером от 0,01 м^3 до 0,1 м^3.
	1.28	Тяжело разрабатываемая скала. Виды скальных пород, которые имеют высокую структурную прочность и малую трещиноватость: выветренный сланец, отвалы шлака, навал полезного ископаемого, разрыхленные кусковатые скальные материалы.

 

В США различают 8 категорий материалов по трудности разработки. Эти восемь категорий составляют две группы:

грунтовые породы – 5 групп;

скальные породы – 3 группы.

 

 

Таблица 1.3 - Классификация материалов в США по трудности разработки

 

Группа грунтов	Категория грунта	Характеристика грунта
Мягкие грунты		Разрыхленные глины и суглинки, мягкая почва. Песок и гравий
		Песок и гравий
		Супеси, суглинки, смесь глины, суглинка, гравия
		Глина сухая и жесткая
		Глина мокрая и липкая
Скальные материалы		Скала, хорошо разрыхленная
		Грунт, перемешанный с кусками скальной породы
		Скала, плохо взорванная, большие куски

 

Как видно из анализа соответствующих стандартов США и ФРГ, приведенных в таблицах 1.2 и 1.3, в этих странах проблема классификации разрабатываемых пород по трудности разработки также полностью нерешена. Наиболее близко требуемым условиям отвечают стандарты ФРГ, так как они построены на основе хронометража времени, необходимого на наполнение ковша экскаватора. Категория грунтов по стандартам США примерно соответствует соответствующей категории грунтов по стандартам СССР.

В связи с тем, что немецкая классификация наиболее полно соответствует поставленной цели: определение производительности ЗТМ на различных типах машин, в дальнейшем во всех расчетах эта классификация и будет принята за основу.