Применение теории подобия в исследованиях физико-механических свойств почв

• Автор: Моисеев, Кирилл Геннадьевич
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 153 с. : ил

Оглавление

Введение
1 Обзор опубликованных исследований по физико-механическому подобию почв
1.1 Историческая справка
1.2 Физико-механические характеристики почв (параметры, определяющие сопротивление сдвига и сцепление почв)
1.2.1 Физико-механические характеристики гумусовых горизонтов почв
1.2.2 Физико-механические характеристики пахотных горизонтов почв
1.2.3 Физико-механические характеристики подпахотных горизонтов почв (с переменным поровым пространством)
1.2.4 Физико-механические характеристики горизонтов «С» - почвообразующих пород и грунтов
1.2.5 Физико-механические характеристики почв при засолении
1.2.6 Физико-механические характеристики эродируемых горизонтов почв
2 Теоретические предпосылки к построению критериев подобия
2.1 Использование принципов подобия физических процессов в почвенных системах
2.2 Теоретические предпосылки
2.2.1 Определение понятия подобия систем и процессов
2.2.2 Основные и производные физические величины, константы и инварианты подобия
2.2.3 Структура функциональных связей между физическими величинами
2.3 Применение анализа размерностей к исследованию физических
процессов в почве
2.3.1 Анализ размерностей параметров физических процессов
2.3.2 Критерии подобия физических процессов в почве
2.3.3 Построение критериев подобия сопротивления сдвига почв
2.3.4 Построение критериев подобия уплотнения почвы
3 Методики экспериментального определения физико-механических свойств почв
3.1 Приборы для испытания образцов почвы в условиях сдвига
3.1.1 Приборы для испытания почв и грунтов на сдвиг, в полевых условиях
3.1.2 Приборы для испытания почв и грунтов на сдвиг в лабораторных условиях
3.2 Общие положения методики определения физических параметров образца почвы, грунта при сдвиге
3.2.1 Методика подготовки образцов почвы к сдвиговым испытаниям, условия проведения опыта
3.2.2 Методика обработки результатов экспериментов
3.3 Объекты исследования
4 Экспериментальная апробация построенных критериев физико-механического подобия почв
4.1 Экспериментальная апробация построенного критерия сопротивления сдвига почв
4.1.1 Анализ экспериментальных данных
4.1.2 Методика лабораторного и полевого опытов
4.1.3 Апроксимация опытных данных сплайн - функциями
4.1.4 Единая зависимость сопротивления сдвига различных почв от критерия
4.1.5 Практическое применение критериальной зависимости относительного сопротивления сдвига от критерия Пт
4.2 Критериальное обобщение опытных данных по уплотнению почв
Заключение
Основные выводы
Литература
Введение
Актуальность проблемы
Показатели сопротивления сдвига - основные прочностные показатели сопротивления тел внешним силам. В механике грунтов эти показатели используются в расчетах условий прочности согласно третьей теории прочности (Кулона - Мора). Правильный выбор показателей сопротивления сдвига имеет первостепенное значение для практики, так как он обуславливает точность инженерного расчета по определению предельной нагрузки на почву или грунт, устойчивости массивов грунта (на склонах), давления грунтов на ограждение, в расчетах удельного сопротивления почвы при пахоте и дефляции.
В почвоведении для определения величины сцепления и сопротивления сдвига т в каждом конкретном случае приходится прибегать к эксперименту. Возникает насущная необходимость обобщения существующих функциональных зависимостей сдвиговой прочности от влажности, плотности сложения, скорости сдвига и т.п., в единую зависимость. Определение такой зависимости осуществимо на основе построения критериев подобия - безразмерных комплексов, характеризующих переход процесса в физической системе от одной интенсивности к другой. Критерии подобия позволяют в автомодельной области воспользоваться для расчетов данными, полученными ранее в экспериментах на других почвах, но входящих по определяющим физическим параметрам в диапазон автомодельности.
Цель и задачи исследования
Построение критериев подобия возможно на основе теории подобия двумя различными методами. Один из методов теории предполагает наличие системы дифференциальных уравнений процесса, на основе которых составляются дифференциальные операторы, легко

почвы, Pf-текущее значение влажности. Применение давления набухания в качестве величины, отражающей поверхностную энергию, безусловно, имеет смысл только во втором случае, т. е. в набухающих почвах.
Тогда, возможно и построение соответствующих регрессионных моделей почв [102; 103].
Мерой дисперсности, а также экстенсивным фактором, определяющим поверхностную энергию, является удельная поверхность почв S0. Теоретическая связь поверхности частиц правильной формы (куб, сфера) с гранулометрическим составом (Качинский H.A. (1958), Мичурин Б.Н. (1975), Фридрихсберг Д.А. (1984)) послужила основанием для построения ряда расчётных методов определения её по результатам гранулометрического анализа.
Нерпин С.В. [73], выражает объёмную удельную поверхность
системы из однородных частиц зависимостью: S0=—;cm~' где - d

характерный размер частицы (диаметр для круглых, длина для плоских и т.п.), b - численный коэффициент, зависящий от формы частиц и характера их упаковки. Для сферических частиц Ь=(3 - 4), чешуйчатых частиц 6=(3+п), где п - отношение диаметра чешуйки к её толщине; для глин 6=10(3+п).
Тем не менее, расчет удельной поверхности для тяжёлых почв, в общем не приемлем, в силу неопред ел ённости формы частиц и величины их минимального диаметра. Конкретные практические методы характеристики дисперсности через удельную поверхность в основном базируются на анализе адсорбционных явлений. Удельную поверхность, определённую методами десорбции паров воды называют иногда гидрофильной удельной поверхностью.
Дерягин Б.В. (1946) предложил определять удельную поверхность дисперсных систем по их сопротивлению фильтрации разреженного газа.