Введение к работе
Актуальность темы. При строительстве земляного полотна
автомобильных дорог на слабых грунтах с целью с целью ускорения
процессов их консолидации используются дренажные песчаные прорези
совместно с гибким ростверком из геотекстиля. Ускорение процессов
консолидации слабых оснований под весом дорожной насыпи и стабилизации их осадок достигается, главным образом, за счет существенного сокращения траекторий фильтрационного оттока поровой жидкости и роста градиентов ее выдавливания из слабого грунта. Для прогноза хода осадок и времени завершения их активной фазы используются, как правило, современные методы и приемы механики грунтов, отраженные в действующих нормативно-технических документах.
Однако, наряду с этими задачами, при проектировании таких
конструкций, как правило, возникает необходимость решения ряда
дополнительных практических проблем, из которых к наиболее актуальным следует отнести такие как: прогноз конечной осадки дорожной конструкции с учетом армирующей и разгружающей способности дренажных прорезей; оценку давления насыпных грунтов на неоднородное по деформируемости основание, а следовательно, и на гибкий ростверк; характер осадок и деформаций гибкого ростверка в зоне контакта насыпной слой-слабый грунт и т.п. В этой связи, учитывая актуальность проблемы строительства транспортных сооружений на слабых грунтах как в условиях России, так и для условий Вьетнама, целью настоящей диссертационной работы является дальнейшее совершенствование методики проектирования дорожных насыпей на слабых основаниях, усиленных дренажными прорезями с гибким ростверком.
В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований.
Проанализировать накопленный отечественный и
зарубежный опыт проектирования и строительства автомобильных
дорог на слабых грунтах с учетом различных конструктивных и
технологических решений, обеспечивающих повышение их
несущей способности и стабильности.
Методами математического моделирования (МКЭ) исследовать особенности формирования НДС насыпных грунтов с учетом наличия в слабых основаниях песчаных дренажных прорезей, обратив при этом особое внимание на:
- характер распределения давлений от слоя
насыпного грунта на слабый грунт и дренажные прорези;
- характер осадок насыпных слоев, слабых грунтов и
гибких ростверков.
Аналитически проанализировать результаты математического моделирования, выполненного по МКЭ, и получить расчетные зависимости по прогнозу осадок слабых оснований с учетом армирующей роли дренажных прорезей.
Разработать методику прогноза повышения несущей способности слабых оснований дорожных насыпей за счет дренажных прорезей и расчета гибких ростверков с учетом деформационных свойств геосинтетических материалов.
Научная новизна работы состоит в том, что на основе выполненных теоретических исследований и моделирования работы слабых оснований по методу конечных элементов (МКЭ):
установлено, что эффективность применения
дренажных прорезей определяется соотношением коэффициентов бокового давления грунта дрен и грунта слабого основания, а также
степенью его насыщения дренажными прорезями;
установлена минимальная мощность насыпных грунтов и высота дорожных насыпей, при которых деформации их осадок на слабых основаниях с дренажными прорезями носят равномерный характер;
установлено, что при увеличении мощности слоя насыпного грунта его давление на слабое основание и гибкий ростверк непрерывно нарастает, свидетельствуя об отсутствии влияния на его величину разгружающего свода;
установлено, что в насыпном слое грунта темп роста
давления на слабый грунт и гибкий ростверк с глубиной
понижается, а на дренажную прорезь – увеличивается, что
объясняется эффектом локального зависания слоя насыпного грунта
по траекториям предельного состояния;
получены аналитические решения, позволяющие
практически учесть эффект зависания слоя насыпного грунта в
пределах вертикальных поверхностей скольжения с учетом
деформационной неоднородности слабого основания;
получена аналитическая зависимость для прогноза повышения величины модуля деформации слабого основания дорожных насыпей в результате устройства песчаных дренажных прорезей;
установлено подобие между характером накопления
деформаций слабого грунта, расположенного между дренажными
прорезями, и деформациями провисания натянутых тросов, что
позволило уточнить методику расчета геосинтетических слоев
гибких ростверков
Практическая ценность работы: заключается в дальнейшем
совершенствовании методических основ проектирования земляного полотна,
сооружаемого в сложных инженерно-геологических условиях, позволяющих
более обосновано использовать грунтовые дренажные прорези и гибкий
ростверк для увеличения несущей способности слабых оснований.
На защиту выносятся:
результаты моделирования НДС грунтов, отсыпанных на слабых основаниях с дренажными прорезями, и полученные закономерности развития вертикальных напряжений от их собственного веса;
особенности формирования осадок слабых грунтов в зонах влияния дренажных прорезей и слоя насыпных грунтов по мере нарастания его мощности;
аналитическая зависимость для прогноза давления на гибкий ростверк насыпного грунта в условиях его частичного зависания по траекториям предельного его состояния над дренажными прорезями с учетом соотношения модулей деформации грунта и грунта дрен;
аналитическая зависимость для прогноза величины повышения несущей способности слабого основания дорожных насыпей в результате устройства песчаных дренажных прорезей;
усовершенствованная методика расчета гибкого ростверка и рекомендации по ее практическому использованию.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов. Основной текст диссертации содержит 150 стр. печатного текста, 69 рисунков и 9 таблиц. Библиография состоит из 46 наименований использованных литературных источников.
Апробация работы:
1. Промежуточные этапы работы докладывались на 75-й научно-
технической конференции (МАДИ).
2. По материалам работы опубликованы следующие статьи в
рецензируемых журналах:
Добров Э.М.,Нгуен Ньы Бао. Учет эффекта зависания насыпного грунта при устройстве гибких ростверков на слабых грунтах. Жур-л «Наука и техника в дорожной отрасли», № 1, 2017, 21-23 с.
Добров Э.М., Нгуен Ньы Бао. Давление насыпного грунта на геотекстиль гибкого ростверка при усилении слабых оснований песчаными прорезями. Жур-л, Геотехника», № 02. 2017., 2017.