Уплотнение снега

/>Уплотнение снега

Уплотнение снега, вызываемое падением твердого тела. Наибольшая скорость сжатия, которая может быть достигнута с помощью аппаратуры, показанной, составляет 1 м/мин, или 1,7 см/сек. Чтобы достигнуть максимально возможной скорости сжатия v, был использован падающий на снег металлический цилиндр. Величина образца была увеличена. На нижней части цилиндра укреплялось измерительное устройство, подобное тому, которое показано (см Z); электрический сигнал регистрировался на электромагнитном осциллографе. Полученные осциллограммы показывают силу сопротивления снега сжатию при ударе падающего металлического цилиндра.

При соприкосновении с поверхностью снега металлический цилиндр останавливается не мгновенно, а через некоторый промежуток времени, что объясняется вдавливанием его в снег; поэтому скорость его падения (начиная с момента касания поверхности снега), которую в данном случае следует рассматривать как скорость сжатия, будет не постоянной, а уменьшающейся по мере погружения цилиндра в снег. Однако при падении в воздухе цилиндр успевает достичь настолько большой скорости, что средняя величина составляет 40-60 см/сек, т. е. в 20-30 раз больше, чем та, которая максимально может быть достигнута с помощью прибора, изображенного . Несмотря на столь значительное увеличение скорости сжатия, осциллограммы показывают, что сила сопротивления снега сжатию носит тот же характер, как и при разрушительной усадке второго типа. Здесь также наблюдаются небольшие флуктуации постоянной величины. Возможно, что увеличение скорости сжатия выше второй критической скорости и не приводит к возникновению нового типа усадки снега.

Температура и три типа усадки снега. Критические скорости сжатия v и и, разделяющие три типа усадки, зависят от температуры снега. На горизонтальной в логарифмическом масштабе отложены значения скорости и; на вертикальной значения температуры Т. Крестиками отмечены значения v и Т, при которых происходит пластическая усадка образцов снега с плотностью 0,37-0,40 г/см3.

Разрушительная усадка первого и второго типов обозначена соответственно светлыми и черными кружками. Общую площадь можно разделить на три части, отмеченные буквами Р, D и D2. Внутри каждой площади проставлены отметки, характеризующие один из видов усадки. от Т показана в виде жирных сплошных линий, отделяющих участки с одинаковыми отметками друг от друга. Если v и и выразить в миллиметрах в 1 мин, окажется, что они связаны с температурой Т следующей зависимостью:

Эти применимы только к такому снегу, плотность которого колеблется в пределах 0,37-0,40 г/см3. При температуре Т, с возникновением того или иного типа усадки и поскольку оно может быть зафиксировано по деформации усадки, в качестве определяющего фактора может быть избрана не сама скорость сжатия v, а временной коэффициент изменения деформации г равный частному от деления v на высоту столбика h. Тем не менее результаты экспериментов, проведенных с двумя столбиками снега разной длины, исключают возможность такого выбора Столбики высотой 15 и 4 см были вырезаны из одного образца снега с плотностью 0,23 г/см3; критическая скорость о в обоих случаях определялась при температуре -1°С. При этом оказалось, что для более длинного столбика v = 7 мм/мин, в то время как для короткого и = 5 мм/мин. Если определяющим фактором считать г, то v для короткого столбика должна быть равна для длинного, т. е. 1,9 мм/мин, что составляет всего лишь третью часть той скорости, которая наблюдалась при проведении эксперимента. С другой стороны, разница в значениях v не слишком велика: и для длинного столбика больше, чем для короткого, лишь на 40%.

Все же разница в значениях v достаточно заметна, чтобы отказаться от мысли использовать скорость сжатия v в качестве определяющего фактора. Как указывалось ранее, разрушительная усадка проявляется в процессах, происходящих на поверхности образца, в то время как пластическая усадка связана с определенными явлениями внутри снежного столбика. Понятно, что два явления, физическая сущность которых различна, не могут характеризоваться одной и той же величиной, например скоростью сжатия или временным коэффициентом изменения деформации.

Возникновение разрушительной усадки имеет важное практическое значение, так как при любом использовании снега он неизбежно имеет контакт с какой-либо твердой поверхностью (снежные дороги, строительство аэродромов и др.). Таким образом, оставляя в стороне вопрос об определяющем факторе, описание и анализ экспериментов по испытанию на сжатие снежных столбиков высотой 10-15 см следует продолжить, причем временно в качестве определяющего фактора будет использована скорость сжатия v.

Сопротивление при испытаниях снежных столбиков на сжатие. Силы, показанные, являются общими силами сопротивления снега р при сжатии образцов. В этом разделе будет рассмотрено изменение величины сопротивления р на единицу площади поперечного сечения снежного столбика при изменении скорости сжатия v. Если обозначить площадь поперечного сечения через А, то величина удельного давления р будет равна Р/А. Но, поскольку, как отмечалось в предыдущем разделе, сила сопротивления, а, следовательно, также и р изменяются со временем, удобнее ввести в расчеты величину, символизирующую р, чем использовать ее изменяющиеся значения. Для пластической усадки такой величиной может быть сила, приходящаяся на единицу площади за время, необходимое для сжатия образца до 95% своей первоначальной высоты. В случае разрушительной усадки показательно считать значение р у верхнего края зубцов на кривой изменения силы. При разрушительной усадке второго типа силу р лучшего всего представить ее средним значением, поскольку в этом случае колебания невелики. Для краткости в будущем во всех перечисленных выше случаях репрезентативные величины будем обозначать как р.

Удельное давление р для разрушительной усадки и разрушительной усадки второго типа. Результаты экспериментов, проведенных с большим количеством снежных столбиков, показывают, что изменяется с изменением gv, как это показано на схеме, изображенной. При определенной температуре р пластической усадки увеличивается с увеличением v от точки а до точки р, как показано, хотя зависимость на самом деле не является линейной, как изображено. Когда скорость достигает критического значения v, тип усадки изменяется: усадка становится не пластической, а разрушительной и р начинает уменьшаться от значения рх почти линейно, т. е. практически пропорционально gv, до значения р2, которое представляет собой значение р для второй критической скорости сжатия v.

В области разрушительной усадки второго типа, т. е. вправо от точки р2, величина р изменяется мало, о чем можно судить по небольшому наклону кривой изменения р на этом участке. Таким образом, для любой величины v<v среднее значение силы сопротивления можно определить, вычислив величину р2 из уравнения (30)., для пластической усадки. При пластической усадке, возникающей при малых скоростях сжатия, даже в тех случаях, когда скорость сжатия v постоянна, сила сопротивления р на единицу площади поперечного сечения образца растет по мере увеличения усадки. Направленные вверх стрелки показывают рост силы сопротивления в таких случаях. Если рассматривать р в условиях, когда длина образца уже уменьшилась на 1% при различных скоростях сжатия, то окажется, что величина р растет по мере увеличения v по линии арх, v совпадая при этом с величиной р для разрушительной усадки при критической скорости v . Это говорит о том, что, когда при разрушительной усадке и критической скорости v  происходит разрушение нижней части образца, он каждый раз оседает на 1%.

/> />

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

Свежие записи