Systems. Methods. Technologies 3 (39) 2018

Systems Methods Technologies. S.E. Rudov et al. Mathematical modeling … 2018 № 3 (39) p. 73-78 74 multicomponent medium is a complex object of soil mechanics, since between the soil aggregates and their individual particles there is ice that affects all indicators of physical and mechanical properties. At certain depths, subject to the flexibility of soil, the so-called primary core of its compaction is formed. In the event that the components of the stress field at great depths ensure the implementation of the criteria-EV of destruction of frozen soil, the core of the seal moves down and under the action of the skidding system of the soil receives an additional seal. The process of immersion of the core of the seal is accompanied by a decrease in the temperature index, which in turn causes an increase in the strength and modulus of elasticity. Thus, the established regularities of the influence of tempera- ture and humidity of frozen soils on their physical and mechanical properties allow to make more accurate estimates of the values of the initial contact steam meters during the skidding of a pack of timber with predetermined static loads. The established regularities of the influence of physical and mechanical properties of frozen soil and the parameters of its humidity and temperature on the size of the contact interaction with the skidding system allow to determine the initial conditions for the calculation of the stress-strain state of fro- zen soil for the purpose of a detailed study of the deformation, compaction and destruction of its. Keywords: frozen soils; logging; forest machines; skidding systems; compaction and deformation of soils. Введение Мерзлые почвогрунты как многокомпонентная сре- да представляют собой сложный объект механики грунтов, поскольку между агрегатами почвогрунта и их отдельными частицами присутствует лед, влияющий на все показатели физико-механических свойств. Механические свойства мерзлых грунтов подробно изучены в работах [1–4], авторы которых отмечают различные условия мгновенного и длительного прило- жения статических нагрузок, при которых показатели прочности мерзлых грунтов отличаются на порядок. При работе трелевочных систем условимся принимать характеристики мгновенных нагрузок. Для всех видов мерзлых грунтов в соответствии с [1] установлены общие закономерности увеличения прочности: а) при понижении температуры ( Т ) мерзлого грунта; б) при уменьшении степени дисперсности и, как следствие, снижении влажности ( W ); в) при возрастании льдистости до полного насыще- ния пор грунта льдом; г) при росте интенсивности приложения нагрузки. Наиболее важной характеристикой мерзлого поч- вогрунта является его температура Т . Цель работы: установление закономерностей влияния физико-механических свойств мерзлого почвогрунта и параметров его влажности и температуры на размеры контактного взаимодействия с движителем лесной маши- ны или трелевочной системой, позволяющих определять начальные условия для расчета напряженно-дефор- мированного состояния (НДС) мерзлого почвогрунта с целью детального исследования процесса деформации, уплотнения и разрушения его краевой части. Материалы и методы исследования. Использованы справочные данные о физико-механических свойствах мерзлотных грунтов. Расчеты выполнены на основе механики разрушений. Использованы методы аппрок- симации численных данных. Результаты исследования. Исследование процесса замерзания воды [3] в грунте выявили четыре фазы: понижение температуры по мере переохлаждения по- ровой воды, повышение температуры вследствие кри- сталлизации части воды, резкий переход большей час- ти воды в лед и, наконец, постепенное понижение тем- пературы уже мерзлого грунта, когда окончательно замерзает вся вода. На рис. 1 представлен график изменения темпера- туры Т (ось ординат, о С ) с глубиной ( h ) залегания мерзлого грунта (ось абсцисс, м ) при назначении вели- чин нормативных нагрузок на мерзлый грунт, состав- ленный на основе опытных данных [3] для мерзлых грунтов в районе Амдермы. С высокой степенью достоверности зависимость описывается полиномом 2-й степени. Если температуру на поверхности грунта принять за единицу, то безразмерный коэффициент К h ( T ) увеличе- ния абсолютных значений температуры с ростом h с высокой степенью детерминации (R 2 = 0,9663) равен: К Т ( h ) = –17,455 h 2 + 34,155 h + 0,6795 . (1) Рис. 1. Понижение температуры мерзлого грунта с ростом глубины залегания Как отмечалось, параметр температуры существен- но влияет на показатели прочности мерзлого почвог- рунта, а именно пределы его прочности на сжатие σ сж , сдвиг σ сд и разрыв σ р . Наиболее надежно определяются, информативно и достоверно формируются статистические выборки зна- чений величины σ сж . В табл. 1 на основании опытных данных [1] пред- ставлены значения σ сж (10 2 кПа) для четырех мерзлых грунтов (МГ1 — пылевой песок, МГ2 — кварцевый песок, МГ3 — супесь, МГ4 — глина) и льда по мере понижения температуры Т . Анализ абсолютных значений данных табл. 1 свиде- тельствует о том, что даже для мерзлых грунтов, в ча- стности песков, наблюдаются существенные (до 35– 55 % и более) отличия величин σ сж . у = 1,7455х 2 - 3,4155х - 0,068 R 2 = 0,9663