Существуют различные теории для определения давления сыпучего тела на ограждающую его поверхность, которые оказывают существенное влияние на баки и уличные контейнеры для мусора в процессе их изготовления. Все они дают результаты, более или менее расходящиеся с данными опыта. Иначе и быть не может: сыпучее тело, в частности грунт, всегда бывает неоднородным; трение и сцепление в его различных точках различны.
Вот почему до настоящего времени практическое применение имеет только простая, но, как и прочие, приближенная теория Кулона, предложенная им еще в 1776 г.
Учитывая то, что давление сыпучего тела нужно узнавать, преследуя определенную цель, именно расчет подпорной стены, Кулон отказался от определения давления в любой момент времени и предложил определять давление только при начинающемся разрушении в момент предельного равновесия, т. е. в тот момент, когда подпорная стена начинает сдвигаться, но ее перемещение еще бесконечно мало.
Часть сыпучего тела должна при этом следовать за стеной, сползать вниз по некоторой поверхности. Следовательно, образуется сдвигающаяся вниз так называемая призма обрушения или призма скольжения в виде клина.
Поверхность, по которой сползает призма, вообще криволинейная, но близкая к плоскости; на практике принимают ее за плоскость. Она называется плоскостью обрушения или плоскостью скольжения.
В начальный момент движения пути всех частиц, находящихся в призме обрушения, параллельны между собой, все частицы перемещаются на равные расстояния. Поэтому при решении задачи можно рассматривать призму обрушения, как одно целое твердое тело, хотя она и состоит из большого количества частиц, ничем между собой, кроме трения, не связанных.
Плоскость обрушения наклонена к горизонту под углом большим, чем угол естественного откоса сыпучего тела. Если бы этот угол равнялся углу естественного откоса, то вследствие трения призма вообще не могла бы сдвигаться.
Однако так обстоит дело только до тех пор, пока перемещение подпорной стены бесконечно мало. Если же стена под давлением сыпучего тела отодвинется на заметное расстояние и призма обрушения опустится значительно вниз, то, во-первых, призма обрушения деформируется, а во-вторых, остальная масса сыпучего тела, оставшаяся неподвижной, уже не сохранит равновесия, будучи ограничена крутой плоскостью. Неизбежно образование новой призмы обрушения, скользящей по более пологой плоскости, затем третьей призмы и т. д., пока сыпучее тело не станет ограниченным плоскостью естественного откоса.
30 августа 2013
