СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАВИТАЦИОННОГО ДАВЛЕНИЯ В МАССИВЕ СВЯЗНОЙ МАТЕРИАЛЬНОЙ СРЕДЫ
METHOD OF DETERMINATION OF GRAVITATIONAL PRESSURE IN MASSIF OF CONNECTED MATERIAL MEDIUM

Изобретение относится к физике контактного взаимодействия частиц связной материальной среды в массиве полупространства в условиях гравитационного воздействия.
б
Известен способ определения природного гравитационного (бытового) давления в массиве жидкой и газовой бессвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, а гравитационное природное давление определяют по расчетной зависимости p=γ·h [1].
б
б
б
Природное давление p=γ·h для бессвязных материальных сред (газ, вода) при отсутствии сил трения является всесторонним под их поверхностью в условиях полупространства и нормально действующим на погружаемые в них поверхности объектов. Величина тангенциального напряжения τ и нормального давления p на заданной глубине равны друг другу τ=p=γh.
б
Известен способ определения гравитационного давления несвязной материальной среды, заключающийся в том, что определяют глубину h замера давления от поверхности полупространства с плотностью ρ и удельным весом γ=ρ·g, где g - ускорение свободного падения материального тела в условиях гравитации, принимают угол внутреннего трения идеально чистой материальной среды φ=45° при коэффициенте внутреннего трения f=tgφ=1, а удельное сцепление с≈0, рассчитывают по закону Кулона тангенциальное напряжение как τ=p·tgφ+c=p, а гравитационное давление определяют, как и тангенциальное p=τ=γ·h [2].
3
3
2
стр
стр
б
стр
стр
стр
стр
стр
Технический результат по способу определения гравитационного давления в массиве связной материальной среды, заключающемуся в том, что устанавливают от поверхности массива глубину h замера давления, на глубине h определяют тангенциальное напряжение по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, МПа, где ρ - плотность, кг/м, γ - удельный вес материальной среды с учетом взвешивающей силы воды, кг/м, g - ускорение свободного падения тела в условиях гравитации, м/с, удельное структурное сцепление c, МПа, и угол φ внутреннего трения среды, достигается тем, что нормальное гравитационное давление на глубине h массива связной материальной среды определяют расчетным путем по зависимости p=(τ-c)ctgφ=(γ·h-c)ctgφ, МПа, а связную материальную среду на глубине h<c/γ принимают находящейся в растянутом по вертикали напряженном состоянии и уравновешенной атмосферным давлением.
б
б
стр
Величина нормального гравитационного давления p на глубине h от поверхности структурно-устойчивого связного материального полупространства поясняется графически на фиг. 1 через зависимость Кулона τ=p·tgφ+c для предельно нагруженной грунтовой среды.
Предлагаемый способ определения гравитационного давления в необводненном массиве связной материальной среды реализуется следующим образом.
3
3
2
2
2
2
2
стр
стр
стр
стр
стр
стр
б
стр
стр
стр
стр
В процессе инженерных изысканий массива среды определяют глубину h (см) его исследования, с которой отбирают образцы с ненарушенной структурой. В лаборатории по образцам среды определяют ее удельный вес γ=ρ·g (кг/см), где ρ (кг/см) - плотность среды, g (м/с) - ускорение свободного падения тела, и производят расчет тангенциального напряжения на глубине h (см) исследуемого массива по зависимости τ=ρ·g·h=γ·h, пригодной для связной и несвязной материальной среды. По результатам лабораторных испытаний образцов среды в сдвиговых приборах или в стабилометрах строят график зависимости τ=p·tgφ+c (кг/см) Кулона-Мора предельного состояния материальной среды и устанавливают значения ее прочностных параметров - угла φ внутреннего трения и c (кт/см) удельного сцепления при не менее трех ступенях возрастающего сжимающего давления ρ (кг/см) (фиг. 1). По графику τ=p·tgφ+c определяют значение p=p=(τ-c)ctgφ=(γ·h-c)ctgφ (кг/см), соответствующее гравитационному давлению в массиве среды на глубине исследования h.
стр
На глубине h<c/γ поверхность земной коры находится в состоянии растяжения и
стр
удерживается от отделения в космическое пространство давлением атмосферы. На глубине h=c/γ природное (бытовое) давление в грунтовом массиве отсутствует.
стр
Гравитационное давление проявляется на глубине h>c/γ от земной поверхности.
стр
стр
стр
стр
2
Пример 1. Археологические раскопки сохранившихся исторических ценностей в связной грунтовой среде с удельным сцеплением c=0,02 МПа; удельным весом γ=0,0019 кг/см следует производить с глубины h=c/γ=1,05 м. Если захоронения произведены на глубине h<1,05 м, то с годами на дневную поверхность грунтовой среды могут быть вытеснены надгробные кресты, что отмечено сегодня «как чудо» верующими людьми и до сих пор не объяснено учеными.
пл
пл
пл
в
в
пл
в
пл
в
пл
пл
в
пл
в
пл
в
в
в
пл
2
2
3
3
3
-4
-6
2
Пример 2. Вода в чистом виде обладает поверхностным натяжением верхнего слоя - пленки σ=P/l, определяемым силой P, приложенной к метрической единице прямолинейного участка границы поверхности воды по направлению касательной к поверхности жидкости при ее равновесии. При температуре Τ=20°C поверхностное натяжение σ=0,0725 дж/м = 0,0725 Н/м ≈ 0,00739 кг/м. При ускорении свободного падения g=9,81 м/с и плотности чистой воды ρ=1000 кг/м удельный вес воды составляет γ=981 кг/м. Удельное сцепление поверхностной пленки воды толщиной h и воды в целом равно c=ρ·g·h=γ·h=τ=σ/ h, где τ - тангенциальное (касательное) напряжение. Толщина пленки воды, находящейся в состоянии поверхностного растяжения, . При σ=0,00739 кг/м, γ=981 кг/м получаем h=27,978·10 м, а удельное сцепление воды c=τ=γ·h=274,642·10 кг/см=27,446 Па.
пл
в
пл
в
пл
в
пл
пл
2
3
-4
2
-4
-3
-3
Коэффициент поверхностного натяжения водной глади при заданной температуре равен α=σ=τ·h=ch=γh =981 кг/м (27,978·10 м)=76,79·10 кг/м =75,33·10 Н/м. При Т=0°C опытный коэффициент поверхностного натяжения воды равен α=σ =75,6·10 Н/м [4].
Источники информации
1. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. - T.1, издание 8. - М.: «Наука». - С.122, 323-327.
2. Цытович Н.А. Механика грунтов / Краткий курс: Изд-е 3, доп. - М.: «Наука», 1979. - С.46-47.
3. Ландсберг Г.А. Элементарный учебник физики / Механика. Теплота. Молекулярная физика. - T.1, издание 8. - М.: «Наука». - С.509-513.
4. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике / Изд-е 5, перераб. и доп. - «Наука», 1972. - С.84.