Введение к работе
Актуальность темы. В стратегии развития лесопромышленного комплекса России на период до 2020 года, рассмотренной и одобренной на XIII Петербургском Международном лесном форуме, обозначена реализация проектов по комплексной переработке древесины, развитию инфраструктуры лесного дорожного строительства. С целью конкурентоспособности предприятий необходимо интенсивное ведение лесного хозяйства, в том числе создание густой сети лесных дорог и круглогодичное использование автомобильных дорог общего пользования.
Существующие технологические схемы и способы улучшения эксплуатационных свойств грунтов рабочего слоя дорожной конструкции не всегда имеют достаточную эффективность, что связано со слабой изученностью процессов образования трещин на лесовозных автомобильных дорогах (ЛАД) при отрицательных температурах. Поэтому экспериментально-теоретические исследования, направленные на определение причин образования трещин в зимний период на участках сопряжения насыпи с выемкой ЛАД, и разработка способов борьбы с этим криогенным процессом определяют актуальность выбранной темы.
Цель диссертационной работы. Обоснование способов строительства и ремонта лесовозных автомобильных дорог, препятствующих образованию трещин.
Объект исследований - морозобойные трещины в сопряжениях насыпей с выемками лесовозных автомобильных дорог и способы их устранения.
Предметом исследования является математическое описание физико-механических процессов образования морозобойных трещин и теп-лофизических свойств грунтов и материалов.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием методов математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики. При проведении лабораторных и полевых исследований использовались методы теории планирования эксперимента, фотохронометражные наблюдения. Для обработки полученных данных применялись прикладные программные пакеты MS Exel, БАГИРA, Corel Draw 13, GeoStudio-2007, Plaxis, РАДОН.
Научная новизна:
установлены причины и раскрыт механизм образования морозобойных трещин в дорожных конструкциях ЛАД в виде алгоритма учёта различия физико-механических и теплофизических свойств грунтов в местах сопряжений насыпей с выемками;
разработана методика решения теплофизических задач, отличающаяся описанием зон появления морозобойных трещин на участках пе-
рехода от насыпи к выемке, учитывающая коэффициенты влаго- и теп-лопереноса;
разработана конструкция и экспериментально проверена технология ремонта земляного полотна ЛАД, отличающаяся электрохимическим закреплением (ЭХЗ) глинистых грунтов сульфатом магния;
разработана методика теплотехнического расчёта толщины укладываемого в дорожную конструкцию теплоизолирующего материала при строительстве ЛАД, отличающаяся учётом свойств нового материала и его устойчивостью к действиям динамических нагрузок и улучшением теплофизических свойств земляного полотна.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
Теплофизические причины образования морозобойных трещин, позволяющие устанавливать и прогнозировать долговечность асфальтобетонных покрытий лесовозных дорог на участках перехода от насыпей к выемкам.
Методика решения теплофизических задач в зоне образования морозобойных трещин, учитывающая влаго- и теплоперенос на участках сопряжений насыпей с выемками.
Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств глинистых грунтов при электрохимическом закреплении в виде регрессионных зависимостей, позволяющие определить параметры ЭХЗ.
Результаты экспериментальных исследований изменения теплофизических свойств дорожной конструкции в виде регрессионных зависимостей при использовании теплоизолирующего материала в слоях дорожной одежды, позволяющие устранить причину образования морозобойных трещин и увеличить срок службы ЛАД.
Научная и практическая значимость. Результаты исследований позволяют учитывать причину образования морозобойных трещин на ЛАД при разработке и принятии конструктивных решений по выбору метода борьбы с данным явлением.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждаются: методами математической статистики и математического моделирования; использованием общепринятых положений механики грунтов, мерзлотоведения, теплотехники и метода расчёта деформации слоев дорожной конструкции; выполнением экспериментальных исследований с помощью современного оборудования и средств измерений (термодатчиков, месдоз общего давления, хромель-копелевых термопарных проводов, многоканальных регистраторов тепловых процессов, электронных термометров, тепловизора и др.), прошедших метрологическую проверку; сопоставимости полученных результатов с данными натурных исследований (15 %), обеспечивающими достаточный уровень надёжности ЛАД.
Личное участие автора в получении результатов.
Под руководством автора проводились лабораторные, полевые и экспериментальные исследования грузопотока и интенсивности движения на ЛАД Пермского края, физико-механических свойств дорожностроительных материалов и грунтов земляного полотна; рецептуры электролитов при электрохимическом закреплении и выбор теплоизолирующего материала по тепломеханическим показателям; предложены технологии строительства и ремонта ЛАД. Автором проведены обработка экспериментальных данных, анализ и обобщение результатов исследований.
Реализация работ. Результаты исследований внедрены при реконструкции автомобильных дорог М 7 Пермь - Екатеринбург (км 134+010) и «Восточный обход» (км 23+100) для улучшения физико-механических свойств глинистых грунтов ЭХЗ; при строительстве лесовозной автомобильной дороги Золотанка - С.Колчим и «Обход Полаз-на» (км 27+480); ремонте лесовозных автомобильных дорог Горноза-водск - Тёплая Гора (км 68...72) и Чусовая - Горнозаводск (км 46+320) где был использован теплоизоляционный слой из пенополистирола в конструкции дорожной одежды.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО ПНИПУ по специальности 270205 «Автомобильные дороги» при дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всесоюзной студенческой научно-технической конференции (Москва, 1986; Владимир, 1987); Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых (Новосибирск, 1995); Международной конференции по механике грунтов (Малайзия, 1995); 24-й Европейской конференции по механике грунтов и фундаментам мелкого заложения (Чехословакия, Брно, 1996); Международной научно-практической интернет - конференции (Киев, 2011); областных и городских научно-технических конференциях молодых специалистов и ученых (Пермь, 1987...2005); на научных семинарах (Пермь, 1991.. .2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ общим объёмом 3,7 п.л. (авторских - 2,5 п.л.), в том числе три статьи в научных журналах, рекомендуемых ВАК РФ (1,313 п.л.), авторский вклад - 70 %, пять статей в тезисах международных научных конференций и шесть статей по материалам всероссийских НТК.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и 8 приложений. Объём работы составляет 225 страниц машинописного текста, в том числе 150 страниц основного текста, 36 рисунков, 25 таблиц, список литературы на 20 страницах из 230 наименований, в том числе 10 на иностранном языке, и 55 страниц приложений.
