Введение к работе
Актуальность проблемы. Для обеспечения бесперебойной работы железнодорожного транспортам необходим стабильный, удовлетворяющий современным нормативным требованиям на всех полигонах и направлениях железнодорожный путь. Рост осевых нагрузок и увеличение скоростей движения поездов требует замены существующих конструкций верхнего строения пути на более мощные. В то же время мощное верхнее строение пути требует соответствующего фундамента, каковым для него является земляное полотно.
Земляное полотно само по себе - долговечное сооружение, но на большинстве линий оно построено десятки лет назад и, поэтому не всегда удовлетворяет современным конструктивным и нормативным требованиям. Проведение мероприятий по его усилению является чрезвычайно затратным и трудоемким.
Проблема обеспечения несущей способности земляного полотна усугубляется усилением негативного влияния вибродинамического воздействия железнодорожного подвижного состава, что приводит к изменению физико-механических характеристик грунтов балластного слоя, земляного полотна и его основания, процессам их старения и структурного изменения.
Хотя вибродинамическое воздействие поездной нагрузки на железнодорожное земляное полотно изучается в нашей стране уже более 40 лет, почти не исследованы колебания железнодорожных насыпей на слабых основаниях, особенно при протаивании вечномерзлых термо-просадочных грунтов. Совсем отсутствуют сведения о вибрационном (динамическом) воздействии тяжелых путевых машин на тело и основание земляного полотна.
Рост динамики вызывает активизацию склоновых процессов (оползни, сплывы, обвалы) и т. д. Только на Дальневосточной железной дороге протяженность дефектных и деформирующихся мест составляет 1945 км из 5986 км эксплуатируемой длины дороги. Наиболее распространенным видом деформаций земляного полотна являются осадки. Особенно неблагоприятен в этом отношении Северный широтный ход, протяженность осадок здесь составляет более 600 км.
В этой связи крайне актуальными являются разработки, направленные на получение новых экспериментальных и теоретических рекомендаций по выявлению нетрадиционных аспектов динамического воздействия подвижного состава на железнодорожное земляное полотно.
Цель исследования заключается в выполнении экспериментальных и теоретических исследований по определению влияния вибродинамического воздействия подвижного состава на деформативность железнодорожного земляного полотна, в разработке новых методик по выявлению упругих и остаточных деформаций в теле и основании земляного полотна, в создании рекомендаций по повышению устойчивости железнодорожного земляного полотна в сложных эксплутационных, природно-климатических и инженерно-геологических условиях.
Методы исследования основываются на системном подходе, математической статистике, новых компьютерных технологиях и технических средствах, позволивших выявить нетрадиционные аспекты динамического воздействия подвижного состава на железнодорожное земляное полотно, решить задачу моделирования напряженно-деформированного состояния насыпи земляного полотна при динамическом нагружении, разработать и использовать методики регистрации деформаций основания насыпей, создать комплексную систему диагностики деформативно-сти основания и откосов земляного полотна.
Научная новизна работы. Степень научной новизны диссертации определяется тем, что в ней с системных позиций и на новом научно-техническом уровне поставлены и решены экспериментальные и теоретические задачи исследования нетрадиционных аспектов динамического воздействия подвижного состава на железнодорожное земляное полотно в экстремальных условиях.
В диссертационной работе исследованы следующие научные проблемы, не получившие к настоящему времени достаточного экспериментального и теоретического обоснования:
решена задача моделирования напряженно-деформированного состояния земляного полотна при динамическом нагружении;
изучены колебательные процессы в рельсошпальной решетке, балластном слое, откосах и теле железнодорожной насыпи от воздействия поездной нагрузки;
- получены обобщенные схемы волнового поля железнодорожного полотна при динамическом воздействии подвижного состава;
разработана и использована методика регистрация деформаций слабого основания железнодорожных насыпей с помощью высокоточного светодальномера;
определены параметры высокочастотных микросейсм в основании насыпей из слабых грунтов с использованием высокочувствительных сейсмологических измерительных каналов;
разработана методика определения упругих и остаточных деформаций грунтов в основании насыпи во времени, а также параметров термовлажностных, влажностно-конденсационных процессов в результате воздействия различных путевых машин и поездной нагрузки;
получены количественные данные о дестабилизации фунтов оснований насыпей при выправке просадочных участков машиной ВПО-3000 и развитии остаточных деформаций после ее работы;
- создана система диагностики деформативности слабых оснований с возможностью оценки фактора воздействия кинематическими показателями.
Апробация работы. Автор ознакомил научную и техническую общественность с результатами исследований путем выступлений с докладами на:
- 43-й Всероссийской научно-практической конференции ученых
транспортных вузов, инженерных работников и представителей акаде
мической науки "Современные технологии - железнодорожному транс
порту и промышленности", ДВГУПС, Хабаровск, 2003;
62-ой межвузовской научно-технической конференции творческой молодежи "Научно-технические проблемы транспорта, промышленности и образования", ДВГУПС, Хабаровск, 2004;
IV Международной научной конференции творческой молодежи "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке", Хабаровск, 2005;
44 Всероссийской научно-практической конференции "Современные технологии - железнодорожному транспорту и промышленности", Хабаровск, ДВГУПС, 2006;
Пятой международной научной конференции творческой молодежи "Научно-техническое и экономическое сотрудничество стран АТР в XXI веке", Хабаровск, 2007;
Международной научно-практической конференции ученых транспортных вузов, инженерных работников и представителей академической науки, посвященной 70-ию университета "Инновационные технологии транспорту и промышленности", Хабаровск, 2007.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 9 печатных работах, включая монографию "Нетрадиционные аспекты влияния динамического воздействия на железнодорожное зем-
ляное полотно", объемом 5,2 п.л. - Хабаровск, Издательство Дальневосточного государственного университета путей сообщения (ДВГУПС), 2007.
Практическая ценность. Разработанный комплекс моделирования и диагностики напряженно-деформированного состояния железнодорожного земляного полотна при динамическом нагружении, а также рекомендации по эффективному использованию тяжелых путевых механизмов и машин в экстремальных условиях нашли практическое применение в Дирекции по ремонту пути и инженерных сооружений ОАО "Российские железные дороги", путевых диагностических центрах, Службах пути Забайкальской и Дальневосточной железной дорог.
Результаты работы включены в учебный процесс Института повышения квалификации Дальневосточного государственного университета путей сообщения.