Введение к работе
Увеличение протяженности путей транспортных коммуникаций, увеличение грузооборота и пассажирских перевозок между отдельными населенными пунктами, регионами, государствами и целыми континентами приводит к формированию новых требований, предъявляемых к средствам перевозки и непосредственно к дорогам, по которым эти средства перемещаются. Железнодорожный путь сложная система, включающая ряд структурных объектов: геоподоснова земляного полотна, конструкция земляного полотна, балластный слой и верхнее строение пути, на каждый из которых воздействуют силы от подвижного состава. При этом исследователи разрабатывают математические модели для каждого из объектов на основе прямых аналитических исследований по оценке влияния подвижного состава на эксплуатационные качества земляного полотна с учетом факторов прочности подбалластного основания, общей и местной устойчивости откосов и склонов, стабильности слабых грунтов в основании насыпей, инженерно-геологических факторов местности, по которой проложена железная дорога. Создание совокупности моделей работы железнодорожного пути с учетом динамического воздействия и различных свойств грунтов для каждого из объекта, входящего в систему железнодорожный путь приводит к сложным вычислительным процедурам, исключающим возможность использования этих моделей для практического применения. Причем при создании таких моделей, как правило, не учитываются особенности геологического строения местности, по которой проходит железная дорога. Поэтому моделирование работы напряженно-деформированного состояния при реальном спектре воздействия на основе исследования волновых полей в системе геоподснова земляного полотна, грунтовая среда земляного полотна, подбалластный и балластный слой, верхнее строение пути при динамических воздействиях на них является актуальной задачей. Актуальность подтверждается также тем, что практически нет исследований применительно к оценке стабильности работы железнодорожного пути с учетом влияния инженерно геологических факторов и генезиса.
Цель исследования состоит в моделировании работы железнодорожного пути с учетом комплекса факторов: динамического воздействия, качества грунтов земляного полотна, особенностей конструкции подшпального основания, подбалластного и балластного слоя и влияния инженерно-геологических факторов на стабильную работу железнодорожного пути.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
-
Типизация и классификация инженерно-геологических условий местности для оценки их влияния на стабильность работы железнодорожного пути;
-
Разработка методики оценки влияния инженерно-геологических факторов на качество эксплуатации железнодорожного пути;
-
Разработка методики расчета на динамические воздействия железнодорожного полотна, с учетом различных свойств насыпи, рельсового пути и подстилающего слоя грунта;
-
Разработка методики определения характеристик грунта основания и насыпи;
-
Изучение влияния анизотропных свойств насыпи в различных направлениях на конечные характеристики динамического воздействия
Методы исследования. В работе использованы методы дисперсионного анализа, теории генезиса и основные положения теории грунтов и методы расчета поведения тел после динамического воздействия на них с учетом реологических свойств и волновых процессов.
Достоверность базируется на корректной математической постановке задач, сопоставлении теоретических решений с экспериментальными данными, применении современных программных вычислительных средств. Правильность полученных результатов определяется корректностью математических выкладок и сопоставлением с известными результатами других авторов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Проведена типизация и разработана классификация инженерно-геологических условий местности для оценки их влияния на стабильность работы железнодорожного пути
-
Разработана методика оценки влияния каждого инженерно геологического фактора на качество эксплуатации работы железнодорожного пути;
-
Проведено обоснование возможности применения теории генезиса при оценки качества грунтов при строительстве и реконструкции железнодорожного пути;
-
Разработана методика определения характеристик грунта основания и насыпи;
-
Разработана и применена методика определения динамических характеристик пути при действии динамической нагрузки с учетом различных свойств насыпи и основания, полученные результаты сравнены с экспериментальными данными пу-теизмерителей;
-
Подробно изучено влияние механических свойств насыпи в различных направлениях на конечные характеристики поведения пути при динамическом воздействии.
Практическая ценность. Разработанные в диссертации методики позволяют:
-
Выявить факторы, влияющие на стабильность и качество работы железнодорожного пути;
-
Повысить надежность и устойчивость работы земляного полотна за счет повышения качества выбора грунтов для строительства и реконструкции железнодорожного пути.
Результаты работы использованы при разработке технологических процессов ремонта и реконструкции железнодорожного пути, а также могут использоваться при проектировании высокоскоростных магистралей.
Реализация результатов работы.
На основе результатов работы разработаны и утверждены МПС:
-Методические указания по инженерно-геологическому обследованию рабочей зоны земляного полотна;
-Методические указания по проектированию и сооружению земляного полотна на обходах эксплуатируемого пути;
Методические указания по проектированию и сооружению дренажей с уменьшенным продольным уклоном.
Положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:
Классификация инженерно-геологических факторов для оценки стабильности и качества эксплуатации железнодорожного пути;
Методика оценки факторов, влияющих на работу железнодорожного пути;
Методика определения характеристик грунта основания и насыпи;
Методика определения кинематических и силовых характеристик железнодорожного полотна с учетом различных свойств основания и парамет ров динамической нагрузки;
Результаты исследования влияния анизотропных свойств насыпи на динамическую осадку верхнего строения пути и на силу взаимодействия.
Апробация результатов. Основные положения диссертации были доложены на Научно-практических конференциях с международным участием «Внедрение современных конструкций и передовых технологий в путевое хозяйство» в 2007, 2008, 2009, 2010, 2011, 2012 и 2013 гг., на заседаниях секций Ученого совета Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ОАО ВНИИЖТ) в 2000, 2005, 2009, 2012 г.г., на городских семинарах по механике и акустике в г. Санкт-Петербурге в 2013 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 8 печатных работах, из них 4 статьи опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает в себя введение, пять главы, заключение и изложена на 138 страницах машинописного текста, в том числе 18 таблиц, 36 рисунка. Список использованных источников насчитывает 129 наименований.
