|
Опыты с песком
В ящик насыпан песок. На его поверхности лежат гаечный ключ и металлический брусок. Под действием расположенного под мим механизма ящик заставляют вибрировать. Возникают странные явления: лежащие на поверхности металлические предметы быстро «утопают» в песке. На смену им из песка, как пробки, выскакивают легкие предметы: шахматные фигурки и деревянная ложка. Что за чудо! Песок ведет себя, как вода: тяжелые предметы «утопают», легкие «всплывают».
В чем же дело? Это явление объясняется просто. При вибрации сила трения между частицами в рыхлых песках сильно уменьшается. При определенной вибрации величина внутреннего трения становится настолько малой, что грунт начинает вести себя, как жидкость. Предметы более тяжелые, чем объемный вес песка, при данной пористости «утопают» а легкие «всплывают».
Подобное явление «разжижения» песков, вызываемое вибрацией, не раз приводило к авариям и разрушениям не только установок, вызывающих колебания грунта, но и расположенных вблизи стен, несущих колонн и других конструкций.
Изучение этого процесса показало, что не все колебания вызывают подобное разжижение. Наблюдениями установлено, что имеется «опасный интервал» частот (в пределах 500—2500 колебаний в минуту), в котором и проявляются описанные явления.
На одной из электростанций основанный на плотном песке фундамент турбогенератора, вращающегося со скоростью 1500 оборотов в минуту, дал в течение времени осадку в 30 сантиметров. Инженеры, делавшие расчет, не учли влияния вибрации и дали ошибочную величину предполагаемой осадки (всего лишь в 2 сантиметра, в 15 раз меньше действительной).
Было замечено, что вибрация быстро уплотняет рыхлые пески, превращает их в плотные. Эта удачная находка привела к созданию целого арсенала методов виброуплотнения песчаных грунтов.