Давления в силосах и бункерах

Наблюдения, проведенные в силосах для зерна и бункерах, показали, что увеличение давления на дно силоса и на стены не пропорционально мощности толщи зерна над точкой, в которой измерялось давление. Были выполнены многочисленные эксперименты как на моделях, так и в натуре. На рис. 10.17 в качестве типичного примера приводятся результаты тщательно выполненных натурных измерений на реальном сооружении, о которых сообщил Джеймисон. Для испытаний была выбрана одна из секций силоса высотой 7 футов, имеющая размер в плане 12x13,5 фута. Вертикальное pv и горизонтальное рh давления измерялись с помощью мессдоз гидравлического действия, размещенных у дна силосной секции и в нижней части боковой стены, как показано на рис. 10.17. Смежная диаграмма показывает увеличение измеряемых давлений в зависимости от соответствующей мощности h слоя зерна, расположенного над точками наблюдений. Объемный вес пшеницы, используемой в целях испытаний, был равен 49,4 фунт/фут3. Угол естественного откоса был равен =28°.

Из рис. 10.17 следует, что как вертикальное, так и горизонтальное давление увеличивается в меньшей степени, чем величина h. Это объясняется возрастающим влиянием касательных напряжений s, возникающих в результате трения между зерном и стенками секции силоса. Эти касательные напряжения действуют по всей высоте слоя пшеницы и зависят от соответствующих горизонтальных давлений, которые, в свою очередь, являются функцией соответствующих вертикальных давлений на том же уровне. Вертикальное давление, действующее на дно силосной секции, уменьшается за счет касательных напряжений по всей высоте, на которую силос заполняется пшеницей. Из рис. 10.17 вытекает, что когда высота слоя пшеницы достигла 40 футов над дном силоса или приблизительно в 3 раза превышала ширину секции, измерения не показали никакого дальнейшего увеличения ни горизонтального, ни вертикального давления. Этот уровень соответствует состоянию, когда вес каждого дополнительного слоя пшеницы уравновешивается приращением касательных напряжений, которое создает вес этого слоя по всей высоте стены, ниже его. Он является функцией ширины секции. Из нескольких работ, посвященных рассмотрению проблемы давления зерна в силосах, выполненных методами математического анализа, должна быть отмечена, как заслуживающая серьезного внимания, статья Яки.

Отношение фактически измеренного горизонтального давления к вертикальному несколько повышается с увеличением глубины h от Kn =ph/pv =0,54 до Kn=0,64. Как уже упоминалось в пп. 10.9 и 10.10, уменьшение коэффициента Ky с глубиной зачастую только кажущееся, так как Ky обычно определяется для удобства в виде отношения ph/yh, т. е. исходя из предположения о постоянстве вертикального давления жидкости, равного общему весу вышележащих слоев pv=yh; это предположение в данном случае неверно. Изменяются вертикальные давления, а не действительная величина К. Тем не менее метод, основанный на использовании отношения измеренного бокового давления к весу зерна в перекрывающих рассматриваемый горизонт слоях, будет сохранен надолго, так как он обеспечивает наиболее удобный способ сравнения результатов натурных замеров на сооружениях различного типа, расположенных в различных местностях.

Наблюдения в выемках, заложенных в песчаной толще, показали, что действительный арочный эффект, проявляющийся в горизонтальном направлении (см. рис. 10.16,б), может вызвать локальное увеличение бокового давления в верхней зоне, соответствующее величинам К, значительно превышающим K=1. Возможность и условия возникновения подобного эффекта в силосах изучены пока еще не полностью.

В этой связи можно упомянуть, что Крынин показал, что отношение f бокового давления к вертикальному в вертикально расположенной плоскости сдвига определяется выражением

Это выражение выведено с помощью круга Мора. Как показано на рис. 7.12, отрезок JB1 пропорционален нормальному давлению на плоскости сдвига, т. е. горизонтальному давлению в случае вертикальной ориентации плоскости сдвига, а отрезок HF пропорционален давлению по плоскости, перпендикулярной плоскости сдвига, т. е. в рассматриваемом случае вертикальному давлению. Выражение (10.32а) можно использовать при проектировании силосов как приближенное в том случае, если мы будем рассматривать вертикально поставленную контактную плоскость между зерном и стенками бункера в качестве плоскости сдвига. При φ=30° мы получим Kf=0,6.