Speed effects in cutting and ploughing

Abstract

A significant speed effect occurs when blades and ploughs cut saturated soil. The cutting force increases dramatically with cutting speed, sometimes by a factor of five or more. In some soils, the effect occurs at very low speeds. It has significant practical implications, and has caused difficulties in several projects. The effect is explained by the intense reduction of pore pressure which occurs when a dilatant sand is forced to deform rapidly in an undrained or partially drained condition. The reduction in pore pressure increases the effective stress and increases the resistance to shear. The paper develops the equation that governs the pore pressure, which is the diffusion equation in a moving medium. It develops an analytical solution for the idealization of a vertical triangular concentrated shear zone ahead of the cutting blade. The results are compared with measurements in the laboratory and in the field. The implications for modelling are examined, and the cutting force in the cavitating condition is predicted. Un effet de vitesse significatif se produit quand les lames et les socs entrent dans un sol saturé. L'effort de coupe augmente considérablement avec la vitesse de coupe et se trouve quelquefois multiplié par cinq on plus. Dans certains sols, 'effet se produit á des vitesses trés faibles. Ceci a des conséquences pratiques importantes et a causé des difficulés dans plusieurs projets. L'effet est expliqué par I'intense réduction de la pression de pores qui se produit quand un sable dilatant subit une déformation rapide en condition non drainée on pardellement drainée. La baisse de la pression de pores augmente la contrainte efficace et augmente la résistance au cisaillement. Dans cet exposé, nous développons I'équation qui gouverne la pression de pores, qui est I'#x00E9;quation de diffusion dans une matiére en mouvement. Nous développons une solution analydque pour éaliser une zone de cisaillement concentrée triangulaire et verticale en avant de la lame de coupe. Nous comparons les résultats avec les mesures prises en laboratoire et sur le terrain. Nous examinons les implications en cc qui concerne la mise en maquette et nous prévoyons la force de coupe en conditions engendrant la cavitation.