Техника - молодёжи 1951-08, страница 4

зеркало

и многие другие задачи требуют изучения физических, механических, гидравлических и других свойств грунтов. Расчет землеройных машин, земснарядов, расчет способов укладки и уплотнения грунта в сооружениях требует также изучения Всех свойств грунта.

За время сталинских пятилеток в нашем Советском Союзе создана прекрасная научная школа в области грунтоведения. Это школа обеспечила и продолжает успешно обеспечивать срмыс сложные задачи при сооружении наших гидротехнических гигантов.

Выдающиеся исследования советских ученых создали такую научную базу грунтоведения, которая существенно превосходит достижения науки в капиталистических странах.

Мы не можем останавливаться здесь на всех выдающихся достижениях советской науки о грунтах. Они слишком разнообразны и сложны.

Остановимся лишь на сравнении грунтоведения с аэродинамикой и гидродинамикой.

Основоположники нашей авиации Жуковский и Циолковский поняли, что решение задач авиации невозможно без изучения законов движения воздуха, в частности на опытах с моделями самолетов, дирижаблей и их деталей. Они производили поэтому многочисленные опыты в соответствующих установках, называемых аэродинамическими трубами. Это направление аэродинамики оказалось очень важным и широко развивается сейчас.

Существенное значение имеет также изучение при помощи моделей сопротивления воды при движении судов. Более сорока лет тому назад наш знаменитый ученый кораблестроитель Крылов построил особый бассейн для испытания моделей кораблей и изыскания такой формы их корпуса, при которой сопротивление воды движению окажется наименьшим. На моделях изучалась также непотопляемость кораблей и многие другие вопросы, связанные с морским и речным судостроением.

Все это показывает, что даже такие, с первого взгляда простые и всегда одинаковые, вещества, как воздух и веда, движутся по сложным законам, которые нельзя выразить полностью в математических формулах. Поэтому приходится решать различные технические задачи, изучая движение воды и воздуха при использовании моделей самолетов, кораблей и других объектов.

Грунты куда разнообразнее и сложнее, чем воздух иди вода. Многие явления, которые могут возникать в грунтах при их нагрузке, разработке, укладке и уплотнении, чрезвычайно различны и трудны для изучения. Поэтому применение моделей в этой области еще более необходимо, чем в тех случаях, когда испытатель имеет дело с воздухом или с водой. Основоположником изучения грунта на моделях был также Жуковский.

Когда необходимо было провести исследования возможностей снабжать Москву водой из источников в районе Мытищ, Жуковский изучил движение воды в грунте при помощи моделей и установил необходимые расчетные данные для решения практической задачи о количестве воды, которое можно получить в Мытищах.

Позднее, а именно в 1915 году, профессор Миняев применил модели для изучения осадки фундаментов в результате сжатия грунта от веса зданий.

Таким образом, русские ученые впервые использовали модели для изучения явлений в грунтах. Однако эти первые шаги не приводили к полному решению задачи.

Дело в том, что на моделях небольшого размера сила тяжести действует совсем иначе, чем в больших сооружениях. Например, давление слоя грунта толщиною в 10 м равно примерно 2 кг на квадратный сан

ЯШ,ИК С МОДЕЛЬЮ

-сгпеклянная киноаппарат! сгпенка

тиметр. Если же сделать модель такого слоя, уменьшенную в сто раз, то получится давление в сто раз меньшее, то-есть всего 20 г на квадратный сантиметр. Физические свойства грунта сильно зависят от того давления, которое этот грунт испытывает. Поэтому грунт, находящийся под давлением в 2 кг на квадратный сантиметр, может сильно отличаться от грунта, испытывающего давление всего в 20 г на ту же площадь. Следовательно, модель малого размера, воспроизводящая плотину, откос канала или другое сооружение из грунта, существенно отличается от настоящего сооружения состоянием грунта, из которого они построены.

Это обстоятельство сильно ограничивает применение простых моделей в области грунтоведения и приводит к необходимости искать такие способы, которые позволили бы привести грунт на модели к его состоянию в натуральном массиве.

Впервые этот вопрос был решен профессором П. Н. Давиденковым в 1928 году. Для изучения давления грунта на подземные сооружения он предложил устроить падающий ящик. Этот ящик заполнялся грунтом, в котором устраивалась модель подземного сооружения, например тоннеля. На модели устанавливались приборы, записывающие силы, действующие в различных частях этой модели. После этого ящик устанавливался в особом станке. Станок был устроен так, что ящик в нем мог падать свободно вдоль соответствующих направляющих с довольно большой высоты. В конце своего пути ящик тормозился при помощи пружин на малом участке пути.

Очевидно, что работа силы веса на пути падения ящика должна (по ломоносовскому закону сохранения) равняться работе сил торможения. Вместе с тем известно также, что работа равна произведению силы на путь.

Следовательно, сила тяжести, умноженная на высоту падения ящика, должна равняться силе торможения, умноженной на тормозной путь. Тормозной путь можно сделать существенно меньше высоты падения ящика, например в сто раз. Тогда сила торможения станет больше силы веса тоже в сто раз.

При торможении в грунте модели подземного сооружения возникнут силы, в сто раз превосходящие силу веса. Таким образом, модель будет нагружена так же.

2