Введение к работе
Актуальность темы. Создание технологий, основанных на прглзпз-епл новых материалов, праввзяо главным направлением научно-технического прогресса. В последние 20 лет в качестве примара реализация этого направления в ілпровоЗ практика дорожого строительства наступает использование квснпеЯ, армированных геотекстильннга прослойка-кз (ГГП). Армирование позволяет возводить внсскяа насыпп с откосам повшениоЯ крутизны, использовать при этом пексадпцконпиз грунта. В результате достигается значительная экономия затрзчязаеках пз строительство средств за счет сокращения объе?.;оз земляных работ. сужения полосы отвода, уменьшения длины водопропускних труб.
0 шсокой эффективности применения ардагрунтовыг конструкций свидетельствует тот факт, что объем изготовления синтетических полимерных материалов в мире с 1970-го года вырос в 100 раз п в настоящее время составляет более 500 ниллаонов г^/год, пз котор 70 процентов- используется при строительства дорог.
В сравнения с изложенным следует откатать значительное отставание Украины, где применение ГТП э дородном строительстве на незло должного распространения. Прячинзка такого отставания является отсутствие как достаточно серьезного опыта строительства и эксплуатация армированных конструкций земляного полотна, та" и подходпгцэЗ методики их проектирования. Известнне методики проектирования либо зааишвкн от использования, т.к. содержат ноу-хау и !;огут прженять-ся лиш> сампш разработчиками, либо не учитывают особзккостзй Украины, либо недостаточно совершенна.
Целью исследования является совершенствование кэтодяка проектирования автодорозных насыпей с местным армированием геотекстадь-еккл прослойками на основе исследования математических кодедзй, по-строеншх с учетом новых показателей, характеризуюпщх взаимодействие произвольно расположенной в теле насыпи прослойки с грунтом, явлений и аффектов, возникающих в зоне их контакта, и характеристик прослойки, соответствующих реальным условиям ее работа в аргдогрун-товых конструкциях.
Научная новизна. Поставлена ж резена задача о напрягэнно-дафор-вфованном состоянии произвольно расположенной з устойчивей части^ насипи геотекстильшй прослойка л находящегося з еэ окрестности грунта.
Практическая ценность. Разработаны методика опредэдзннл расчетных деформативнах и прочностных характеристик прослойка, способи и устройства для определения показателей, харвктэрззувдах взаи-
кодєЕстепє прослойки с грунтом. Полученные математические модели и вычислительные програмка позволяют на основе расчетов надрягинно-дсформпрованного состояния элементов армогрунтовых конструкции «шараэнствовагь метода проектирования насыпей с иастным армированием геотекстЕДьвши прослойками, способы и средства ДЛЯ KS ТЄХНО-лоютеского осукествланкя.
Апробация работы. Основные полоевння диссертационной работы бшг2 представлена на межреспубликанских научно-твхвическиЕ конференциях "Проблемы сгроигельсгва е эксплуатации автомобильных дорог" (Суздаль, 1992 г.), п "Проблема проектирования строительства и ак-сгиуагацкн местных автомобильных дорог" (йанск, 1992 г.).
Публикации. По материалам диссертация имеется 8 публикаций, получено авторское свидетельство на изобретение.
Структура в объем работы. Диссертация состоит пз введения, четырех глав, закладання, списка литература и приложений, шесте с когорта ее ооъег.: составляет 315 страниц. Текст иллюстрируется 118 рвувкааг к содержат 26 таблиц.
В горвоб главе проанализировано состояние вопросов, связанные с Еспаиьзованави ГШ для врмирования векляного полотна, реиенію которых Сше госвяп-эеы многочисленные работы В.Д.Казарновского, В.Іі.Загарпцкого, Д.Г.Пакувовского, О.Б.Пудова, н.Ы.Смурова, Г.Ин-гольда, Д.Гргнвуда, Е.Я.Лвйбмзш. В.И.Рувішского, Б.П.Брантмана, .Г.Дораава, А.Е.Скляднава , Д.Ю.Етшселя, к друпа авторов.
Бодыгая честь указанных работ посвящена разработке способов ігссгздовашш вапрягзнно-дефоргларованЕого состоякел арлзрованных насипай npz поводе чвслэнзш: яетодов, широкому распространекшо которых в практике препятствует отсутствие в итх четко определенного критерия устойчивости. Поэтам наибольшее практическое значение по-лучЕлг способа обоснования конструктивных параметров аряфозаняых езсизэё, основанные на аналазе предэдьного равновесия, имеющие четка определенный критерій - коэффициент УСТОЙЧИВОСТИ откосов.
Кз всего многообразия способов армирования, ввиду значительной пзраанокэрзостг осадок и напряжений, локального характера разрушений каетгоц, более целесообразны?,; является мастное армирование, прл которой вроалойкс расяапагвэтся в отдельнш: местах поперечного Ерсфиг.- Бваяяяого полотна в.доствгавтсй екококия, еооОХэ говоря, недасйЕцг геотекстахьпкх материалов. Следует признать, что насыпк, зрпіровзнніш ка вез окрику .обладая: снэхьезжз запаса: прочности к ііаддаіостз. что достегаете», однако, за счет больаізго кле кенызэго
зерерасхода геотекстильных материалов. Б связи с этим возрастает этветственность технических решений, принимаемых при проектировании насыпей с местным армированием ГТП. Отсюда следует актуальность вопроса совершенствоваїшя методики проектирования указанных насыпей, усугубляемая тем, что известные в настоящее время методики и конструктивные схемы местного армирования предполагают, что поверх-вость прослоек в грунте тлеет форму плоскости (наклонной или горизонтальной). Указанное предположение отражает скорее гелаемое, чем действительнее положение прослоек, так как на самом деле в результате неравномерных осадок как при возведении, так и на стадии эксплуатации насыпей, форма их может значительно отклоняться от плоскости. Следует отметить также, что положение прослойки, отличное от горизонтального, может быть задано искусственно на стадии строительства. Отсюда следует целесообразность рассмотрения общего случая, при котором проекция прослойки на поперечное сечение земполотиа кмэзт вид произвольной кривой.
Расчет важнейших конструктивных параметров, в частности, длины заделки прослойки в устойчивой части насыпи, основан на использовании условия предельного равновесия по сцеплению прослойки в грунте. Ввиду значительной деформативности геотекстильных материалов во многих случаях состояние предельного равновесия наступает после того, как в армированной конструкции возникнут недопустимые деформации с потерей необходимой форді. Точное же решение задачи о деформациях в пределах используемого подхода, с использованием известных показателей взаимодействия прослойки с грунтсм, принципиально невозможно из-за неопределенности краевых условий для смещения точек контакта прослойки с, грунтом.
В большинстве случаев в расчетах напряжешю-деформировшшого состояния прослойки используется значение модуля деформація!, определяемое при испытаниях на растяжение отрезка прослойки,- не тлеющего ограничений для поперечной деформации. Определенное таким образом значения модуля деформации не соответствует реальным условиям работы прослойки в грунте (плоская задача) и требует уточнения.
Указанные недостатки приводят к тому, что выполняемые при обо-сновашга конструктивных параметров аргшрованных насыпей расчеты дают результаты, отклонение которых от опытных данных монет достигать 80 и Солее процентов. В одних случаях это приводит к разрушения армированных насыпей, в других - к неоправданному перерасходу гео-текстилышх материалов, экономия которых в условиях Украиш является актуальной задачей.
В соответствии с выполненным анализом и поставленной целью
X-937D 3
сформулированы следующие задачи исследования:
-
обоснование показателей.характеризувдих взаимодействие прослойки с грунтом; . '
-
уточнение расчетных деформативных характеристик прослойки;
-
изучение и количественное описание возникающих в зоне контакта прослойки с грунтом аффектов и явлений;
-
построение и исследование математических моделей взаимодействия -прослойки с грунтом;
-
экспериментальная проверка математических моделей и положений, на которых они основаны;
-
разработка рекомендаций по совершенствованив методики проектирования насыпей с местным армированием ГТП и способов их практического осуществления.
Во второй главе излагаются теоретические исследования по совершенствованию методики проектирования насыпей с местным армированием геотекстильными прослойками.
В настоящее время для описания взаимодействия геотекстильной прослойки (ГТП) с грунтом в большинстве случаев используют угол трения и сцепление - показатели, аналогичные показателям прочности самого грунта на сдвиг. Они характеризуют лишь предельный случай взаимодействия прослойки с грунтом, соответствующий возникновению в зоне их контакта максимальных касательных напряжений и не несут в себе никакой информации ни о том, какие напряжения возникаат в контакте до наступления состояния предельного равновесия, ни о том, какие деформации точек контакта имею при этом место.
В работах L.bokornu и А.В.Верховского показано, что предельные касательные напряжения в зоне контакта твердых тел возникают не сразу после прилокения сдвигавшей силы, а лишь тогда, когда смещение каждой точки их контакта относительно первоначального положеїшя достигнет определенной величины,/названной предварительным смещением.
В теории трения известны также понятия жесткости сочленения Gk
и средней касательной жесткости Ск
d F . '" ?
С , (I) Ск =— , (2)
* б. х р й
где Р - пршю&енная касательная сила; х - смещение; d - предварительное смещение, используемые для расчета контактного взаимодействия металлов.
Непосредственно использовать указанные понятия для случая взаимодействия прослойки с грунтом невозможно В СВЯЗИ с тем, что смещения точек их контакта не одинаковы по длине ГТП, а сдвигающая
сила распределена неравномерно.
u < d;| u » uj
Касательные напряжения т_ силы трения в каждой точке контакта ГШ с грунтом можно представить в виде:
т^ = с u, u < do (3)
Tjj, - f г. u » dj _ (4)
где u- смещение точки; г - нормальное давление; 1 - коэффициент трения; d - предварительное смещение.
Коэффициент пропорциональности с будем называть касательной жесткостью контакта (КНК) ГТП с грунтом.'Она имеет размерность Па/м и с физической точки зрения представляет собой обусловленное трением касательное напряжение при смещении, равном единице.
. Зависимость,аналогичная (3), использовалась В.А.Флориным при описании касательных нагрузок от сил трения в анкерных понурах гидротехнических сооружений. Коэффициент пропорциональности вводился по аналогии с.коэффициентом постели и назван коэффициентом постели для сдвига.
Вместо выражения (4).можно было бы использовать двучленный закон трения. Однако, в этом случае усложняется построение и исследование математических моделей взаимодействия прослойки с грунтом, а также повышается трудоемкость определения составляющих указанного закона на практике. Будем считать, что уже на стадии проектирования армированных конструкций можно получить достаточно точную оценку нормального давления, при котором будет работать прослойка, а вместе с этим принять соответствусщее ему значение коэффициента трения. Как предварительное смещение, так и'КЖК являются комплексными показателями, взаимодействия грунта и прослойки, которые нужно рассматривать как специфические константы (как, например, угол внутреннего трения п сцепление для грунта), характеризующие не тот или ішой грунт или прослойку в отдельности, а именно их контактное вза-юлодействие.
Из выражений (3) и (4) следует зависимость' между рассматриваемы
ми показателями: ' s г
с = . (5)
: - d
Постановка задачи построения математических моделей заключалась в следующем (рис. I). На прослойку, проекция которой на плоскость поперечного сечения земляного полотна имеет вид произвольной кривой KNQ, описываемой известной вектор-функцией
г = (X,. + (3))5, + (ZK + z(a))3. (6)
вместе с которой в каждой точке определены единичные векторы - ка-
1Х-037в
сательный % и нормальный vx в точке Н пересечения ее с поверхностью скольжения приложена сила Т1, обусловленная дефицитом устойчивости откоса. В произвольной точке А прослойки, также как и в других точках, приложен вектор Р равнодействующей внешних сил. Зависимость Т = 1, ( бв), ыевду силой натяжения прослойки и относительной деформацией, которая после определенного промежутка времени считается установившейся, предполагается известной. При всех указанных обстоятельствах необходимо было построить математические модели взаимодействия прослойки с грунтом, позволяющие исследовать напрякенно-деформированное состояние элементов насыпи с местным армированием ГТП. Полное решение указанной задачи связано с большими трудностями даже'При отсутствии прослоек. Поэтому мы ограничились рассмотрением только напряженно-деформированного состояния прослоек и той части грунта, которая находится в окрестности прослоек, т.е. вблизи зоны их непосредственного контакта, полагая, что именно в втой зоне возможны явления и процессы, которые для армированных'насыпей являются расчетными.
Точность получаемых с помощью математических моделей .розультатоЕ сильно зависит от того, насколько входящие в них характеристики прослойки соответствуют действительности.- Зависимость сили натяке-ния от относительной деформации уточнялась путем добавления известного в теории упругости множителя, содержащего коэффициент поперечной деформации ц '
Е„ о
где Е - модуль деформации, определенный при исгшташіях на растяжение отрезка ГТП.
Применение силы натяжения для характеристики напряженного состояния ГТП основано на аналогии с механикой деформируемых одномерных тел переменной длины. Можно сказать, что это не совсем удачная аналогия, т.к. в указанной-области механики рассматривают тела в стадии упругих и калах продольных'деформаций без боковой нагрузки, .когда поперечные деформации считаются бесконечно малыми, площадь поперечного сечения - постоянной. При взаимодействии ГТП с грунтом толщина ее сильно изменяется как вследствие нормального давления грунта, так и вследствие ее растяжения. При одной и той se силе натяжения в случав различной толщины'прослойки напряжения в ней будут различными. Поэтому для более точного описания напряженного состояния прослойки предлагается использовать зависимость истинного напряжения, под которым понимается отношение силы натяжения
к фактической площади поперечного сечения от относительной деформации, в виде:
ав = - . ев, 8
0о1(І-^)(І-Ц,єв)
где Hj,- коэффициент поперечной деформации ГТП в нормальном к ее поверхности направлении; б01- толщина ГТП при отсутствии растягивающей нагрузки, которая представляется в виде функции
где av- нормальное к поверхности ГТП давление; 5Q- толщина ГТП.в открытом воздухе.
В ходе решения третьей задачи исследован эффект клина. Предположение о наличии такого аффекта возникло при сравнении опытных и расчетных данных о величине удерживающей ГТП в грунте силы, полученных в Союздорнш. Опытные данные превосходили расчетные, что свидетельствовало о наличии некоторого дополнительного сопротивления, природа которого до сих пор не была установлена. По нашему предположении, указанное сопротивление связано с эффектом клина, обусловленным неравномерностью действительной толщины С ГТП при растяжении, зависящей от относительной деформации
^ = ^-). (Ю)
Значение es больше на конце прослойки, в месте приложения выдергивающей силы. Поэтому ГТП в продольном сечении приобретает форму клина, что приводит к возникновению дополнительннх касательных напряжений (рис.2), для общего вида которых найдено выражение:
^кл = у|Е<ї.е3>(е,.*) - .5,)(63,5)1 501 |ia _. (II)
Построение математических моделей взаимодействия ГТП с грунтом основывалось на составлении уравнения равновесия бесконечно .чалого отрезка прослойки длиной йв я ширияой_1 м_(рис.3) под действием приложенных к нему сил натяжения ? и Г', действующих соответственно с правой и с левой"стороны отрезка, и равнодействующей ? внешних сил, в число которых входят вертикальная нагрузка от вышележащего слоя грунта, обусловленная боковым давлением грунта горизонтальная нагрузка, нормальная реактивная сила давления грунта а сила трения прослойки с грунтом, в общем случав имеэдая 2 составляйте - верхнюю и нижний, и сила, обусловленная эффектом клине.
При проецировании указанных сил на вектор г учитывалась особенность передачи касательной нагрузки на верхташ поверхность.
2-037D 7
Рисі. К постановка задачи построения ыатеяатическшс' моделей.
Рис.2. Эффект клана. Рис.3.- К составлению уравнений
рэвновесия.
Рис.4. Особенность передачи кэсэтельной нагрузки,
ГТП, установленная с использованием известного в теоретической механике понятия конуса трения для тела, находящегося не наклонной площадке (рис.4). Если угол с^ между направлением силы тяжести Qg и нормалью к поверхности удовлетворяет условию с^с ф2= arctg ї, то тело останется в состоянии покоя или сцепления с поверхностью, так как сдвигающая сила S2= С^зіл с^ уравновешивается равной ей по величине силой трения F . При о^ > ф2 величина сдвигающей силы определяется по-прежнему, а для силы трения имеем ? =f C^cos о^. Таким образом, в гослэднем случае поверхность воспринимает не всю сдвигающую силу, а только часть ее, равную по модулю силе трения, и для касательного напряжения на поверхности имеем
Sin а^, dg « ф2
(12)
где S- площадь основания тела.
Превышение сдвигающей сила над силой трения обусловливает возникновение реакции упругой связи, которая на рис.4 представлена в виде динамометра Д. Если вместо тела А рассматривать соответствующий, ему объем грунта, ограниченный сверху поверхностью грунтового массива, то, при отсутствии упругой связи, указанное превышение обусловливает боковое давление грунта, а особенность передачи касательной нагрузки на наклонную площадку, в том числе и на поверхность ГИІ, тает имеет место.
В соответствии с указанной особенностью построенные математические модели взаимодействия грунта с ГГП для участков прослойки, Емевднх различный угол наклона к горизонту, отличаются друг от друга. Они получены в виде систем неоднородных дифференциальных уравнений до второго' порядка включительно относительно силы натя-жзния, относительной деформации ПП и смещения точек контакта ее с грунтом для случаев, когда скалярным аргументом функции (6) является как длина прослойки в, так и длина ее горизонтального проло-иения х. Для участков прослойки, где <, < arctg гв, в случае г » г(з) указанные системы уравнений имеют вид:
і ОТ
+ 7(Н
В из
zK-z)zx «-D- %трл - О;
/?
+ z-
Т В
+ т<н - v2)
( % х - g х)
* г« О,
(13)
г -837в
о ds_
s + 7(H - __.-_)_ x (5_1) " Sp.H = 0:
(14)
(E 2 і - z i)
Еоєв + T(H - Vz> —y + г = 0,
:/^ + 22
+ 7(I-\-z)!i!H)-tjpiH = 0;
(15)
du ({ г і - г i)
— + 7(H - zK-z) —— — + r = 0.
K -. .
/х2 + z2 „ Для участков прослойки, где <=<_ > arctg ів, в случае г - г(г)
л , -<й,2+1) slsnfz'(e-l)]-
В do; /Г* м ,g. . * . »
' 1 + Z'2 U + - ) _ , _ _ Q.
!v тел тр.в . *
|z | j 7(Н - Zg-zjz"
(z,s + 1) + г = О,
9 В „ А „.г,
f{ +а.гіг. (1 +z'c)!z |
Ео ^в .1 fBT(H-zK-z)
? , + (_'г+1 )sign|Z' (-t) j
1 - ^y to /7Т7Г (1 + z'2) l J
(16)
S0 - lz І єа 7(H - zK-z)z
_ __ ._ . _(fa.2+1) +r = Q,
(1 + z'2)2
1 ~Ъ fl 4 z'212 « + 2'2)|Z"|
(17)
Eo 1 d2u Eo z- z» au
— +
1 - H2 1 + z'2 dx2 1 - ц2, n + z.212 dx f 7(H - z -z)
+ __ 1_(SZ'2+1) sign(z'(M)) - г^ - t = o:
(1 + z'2)
Eo lz"l du T<H - Vz)z"
_____ _ (2,г + t) ' + r = 0.
1 ^ fl + z'2)2 ** (1 + s«2)|z"j
"10
(18)
Выбор конкретной модели зависит от потребностей пользователя и решаемых им задач, связанных с определением Т..єа или и.
При исследовании математических моделей рассмотрены некоторые частные случаи расположения ГТП в устойчивой части насыпи. При горизонтальном расположении в зависимости от величины Т1 на ее протяжении возможно возникновение участка с предельным касательным напряжением, левая граница х* которого удовлетворяет условиям: О ^ х* < I {рис- 5). Получена зависимость для определения х * и формулы для вычисления характеристик напряженно-деформированного состояния прослойки и находящегося в ее окрестности грунта. Примеры впюр sR, т в и и представлены ва рио.5.
При исследовании заложения ГТП, отличного от горизонтального, рассмотрены случаи, когда проекция прослойки на плоскость поперечного сечения зевдголотва имеет вид отрезка круговой кривой» обращенной выпуклостью вниз и вверх.
В случае криволинейного заложения ГТП имеет место эффект обжатия грунта прослойкой, заключающийся в возникновении дополнительного нормального давления oq6 в зоне контакта ее с грунтом, величина которого определяется значением первого члена каздого из вторых 'уравнений систем (13)-(18), а направление совпадает с вектором v (рис.б). Если ГТП в устойчивой часта насыпи расположена выпуклостью вверх, указанный эффект способствует увеличению касательных напряжений в зоне контакта нижней поверхности прослойки с грунтом, за счет чего удерживающая сила увеличивается. При расположении ГТП выпуклостью вниз эффект обжатия приводит к разгрузке нижнего слоя грунта. Давление в зоне контакта ГТП с верхншл слоем грунта при'этом не увеличивается, так как зависит только от собственного веса и бокового давления грунта, находящегося выше прослойки. В результате удерживающая сила уменьшается, что свидетельствует о нецелесообразности залокения прослойки в устойчивой части насыпи выпуклостью вниз.
Во всех случаях заложения прослойки исследованы зависимости
V Т« V ттр.н гтр.в и u от V V Гн,Гв'. 1 и WW, факторов-Установлено, в частности, что при расположения прослойки в устойчивой части насыпи в виде отрезка круговой кривой, обращенной выпуклостью вверх,на ее поверхностях мобилизуются касательные напряжения большие, чем при горизонтальном залокенаи (рис.7). Возниквксшй за счет этого выигрыш в удеркивакщей силе при одинаковой длине прослойки может достигать 55. Полученные при исследовании математических моделей результаты и выводы явились теоретическими предаю -сылкамя совершенствования методики проектирования насыпей с местным армированием ГТП.
в»
s
a»4SJ5M
X
Длинэ прослойки , «
Ряс.5. Эпюры Bj, it, ttp,B.
.- ."С
Ч.":-
ївс.б. З&фекх обвзокя грунгз, 12
as
Эпюра t ,КПа
Эпюра г ,ВДз
Рис.7. Эпюры касательных напряжений при криволинейном и горизонтальном залокениа прослойка.
В третьей главе приводится описание экспериментальных исследований, основной целью которых являлась проверка адекватности математических моделей процессу взаимодействия ГТП с грунтом.
Определение необходимых для расчета деформативных характеристик прослойки EQ,3 ц , и \xv производилось при испытаниях отрезка ПИ на растяжение, при которых фиксировались растягивающая нагрузка й линейные размеры как всего отрезка, так и выделенной в центре его области, первоначальное очертание которой имело форму квадрата размерами 3 ж 3 см. В качестве расчетных приняты те значения Е и у. , которые соответствуют зависимости размеров выделенной области от растягивающей нагрузки, так как на деформации отрезка в целом ока-знвают значительное влияние зажимы, ограничивагадае поперечную, а вместе с этим и продольную деформацию вблизи его начала и конца.
Испытания отрезка прослойки на растяжение в открытом воздухе сопровождаются уменьшением его ширины и концентрацией материала в середине отрезка, что привело к результату, обратному оаидаемому-увеличению толщины прослойки при увеличении ее длины. Это настолько искажает действительные условия работы прослойки в грунте, что определение Цу непосредственными измерениями а вычислениями становится невозможным. Поэтому предложен расчетный способ определения ц^,, основанный на определении деформации сжатия прослойки из условия, что ширина ее произвольного элемента остается неизменной до и посла растяжения.
Обіцяй вид функции (9) найден исходя из предположения о том, что
степень уменьшения толщины прослойки пропорциональна толщине:
С учетом краевого условия оу= О, 0Q1 =8Q, получено
0о1= 0о e-4v, (20)
где q- постоянная для ГТП характеристика, названная коэффициентом сжатия, величина которого определяется по данным испытаний прослойки на сжатие.
Отклонения вычисленных по формуле (20) значений толщины прослойки от опытных данных не превышали 5.
Б результате лабораторных испытаний получены численные значения параметров Е0, ц_, ^ z q прослойки, позволяющие определить функцию (8). Используемые при этом способы легли в основу разработки методики определения расчетных характеристик ГТП.
Исследование взаимодействия ГТП с грунтом производилось на специально изготовленном стенде, включавшем келоб призматической формы, передняя стенка которого была выполнена из стекла, и устройство для яагрухения прослойки выдергиваодэй силой. В келоОе с послойным уплотнением и укладкой прослоек возводились модели армированных конструкций земляного полотна. При помощи специального приспособления прилохение выдергивающей силы осуществлялось на некотором удалении от откосов иодалк в толще грунта, как это имеет место в действительности.
При горизонтальном полокэшш ГТП определяли зависимость мевду величиной вадергиващей силы и значениями смещений точек прослойки к находящегося в ее окрестности точек верхнего и низшего слоя грунта, первоначальное пологение которых фиксировалось метками на стекле и специально пробуренными скважинами диаметром 1,8 мм. Определение необходимых для расчетов-значений касательной жесткости контакта, предварительного смещения и коэффициента трения производилось с гомощьа специально изготовленных устройств, одно из которых реализует признанный изобретением способ определения силы трения покоя материалов. Сравнение данных измерений и расчетов при наличии и при отсутствии трения грунта о боковые стенки стенда производилось с помоцьв статистических критериев, вычисленные в обоих случаях значения которых свидетельствовали об удовлетворительном совпадении данных опытов с расчетов.
Перед исследованием взаимодействия прослойки с грунтом б случаях ее расгодокэния, отличных от горизонтального, при помощи прп-
способлеяия, изображенного на рис.4, установлено, что особенность передачи касательной нагрузки на наклонную площадку действительно вмее? место. Необходимое для расчетов значешю коэффициента бокового давлення грунта определялось как отношение относительных деформаций заложенных в грунт поролоновых датчиков размерами 3x3x8 см. Для условий экспериментального стенда оно оказалось-весьма незначительным и принято равным нулю.
Сравнение экспериментальных и расчетных значений силы, удер-киващей в грунте прослойку, заложенную таким образом, что ее проекция на стенку стенда имела еид отрезка круговой кривой, обращенной выпуклостью вверх, показало, что их отклонения не превышают 123.
Если учесть, что некоторые используемые в западноевропейских странах методики проектирования армировавшие конструкций предусматривают десятикратный запас прочности, то результаты сравнения опытных и расчетных данных можно считать вполне удовлетворительными, а математические модели взаимодействия прослойки с грунтом и выводы, полученные при их исследовании, следует признать пригодными для практического применения.
Четвертая глава посвящено разработке практических рекомендация.
РР5отапа_матдлжа_оррееле |П20чностннх_характеристик_ГТІІ по результатам лабораторных исследований. Методика заключается в выполнении измерительных и вычислительных операций, в результате которых определяются параметры Е , Ну, \iz, SQ, q, а также предел прочности о^р. и относительная дефор-мации при разрыве ё^ прослойка. Методика не требует применения специальных приборов, а полученные с ее помощью результаты более точно соответствуют реальным условиям взаимодействия ГТП с грунтом, чем те, которые определяются обычным способом.
н22й_^э2ШМ_Е?1Е223?У_13П» относящиеся к выбору армирующего материала, ориентации ГТП в насыпи, конструирования и расчету заделка прослойка в устойчивой части зешодотнз. .
Рекомендации позволяют запроектировать армированную насыпь так, чтобы одновреглошю выполнялись дао условия. Первое из них состоит в тон, чтобы приходящаяся на накдуга прослойку выдергивагаая сила не была слишком малой и обеспечивала па все>,5 протяжении ее заделки в устойчивую часть насыпи близкие к предельному значении касательные напряжения силы трения. Иначе последние возникнут только на ограниченном участке в конце прослойки, а на остальном ее протяжении они окажутся незначительными и не будут вносить сколько-нибудь су-, чественнни вклад в величину удоржизаедез силы, что означает пялрас-
дай расход гвотекстшашго вегергада. Второе условие заключается в том, чтобы приходящаяся на кавдув прослойку выдергивающая сила нэ Оыла слишком большой. Иначе возможны два нежелательных исхода. Пар-вый из них состоит в том, что смещение в точке пересечения прослойки с поверхностью скольжения превысит значение допустимого смещения, в результате чего насыпь потеряет необходимую форму. Второй из них заключается в том, что в указанной точке относительная деформация и продольное напряжение превысят е^р и 0^?, в результате чего прослойка порвется.
С целью экономии геотекстильного материала заложение прослойки в устойчивую часть наснпи следует производить таким образом,чтобы ее проекция на плоскость поперечного сечения земляного полотна имела вид кривой линии, обращенной выпуклостью вверх. При этом следует добиваться того, чтобы угол между нормалью к.поверхности прослойки и вертикалью был меньше arctg 1в, а радиус заложения при выполнении этого условия был минимальным. Прослойка, расположенная таким образом, способна обеспечить большую удерживающую силу, чем расположенная горизонтально, за счет эффекта обжатия нижнего слоя грунта, приводящего к увеличению давления, а вместе с ним,-"и к увеличению касательных напряжений в зоне контакта прослойки с нижним слоем грунта и за счет вовлечения в работу той части верхнего слоя грунта, который находится над криволинейным участком прослойки в состо-.янии сцепления с ней к обусловливает, из-за наклона опорной поверхности, возникновение дополнительных касательных напряжений в зоне контакта с ним верхней поверхности прослойки.
Практическая реализация рекомендаций осуществляется при помощи расчетного аппарата, в состав которого входят формулы и вычислительные программы для обоснования конструктивных параметров армированных насыпей, расчетв напряішнно-деформированного состояния ГГО, находяща гося в ее окрестности грунта и определения технологических размеров.
технологических схем, реализующих 2 способа возведения насыпей с местным армированием ГИІ с использованием распространенных средств механизации. Возможность применения каждого из'предлагаемых способов зависит от технических возможностей строительной организации, геометрических размеров возводимого зешгалотна, свойств грунта, прослоек и других факторов.
0Ш^9?Ш_не^2алиа^днш9_средства механизации в вида маркера, рабочая поверхность которого - выполнена в виде конуса с криволинейными образующими, предназначенного для создания углублений в слабых грунтах при заложении прослоек и уплотнения грунта под участком зв-
легания прослойки, а также в виде универсального катка, изменяемая рабочая поверхность любой формы которого создается комбинацией сменных дисков разного диаметра.
Эф^ктжность_местндго_армир_двания как способа повышения устойчивости откосов земляного полотна доказана ранее выполненными исследованиями и международной практикой дорожного строительства. Сопоставление конструктивных решений, принятых с учетом результатов исследования (связанных с уточнением расчетных деформативных и прочностных характеристик прослойки и с залоаэнием прослойки в ус-. тойчивой части насыпи, отличном от горизонтального), показало, что они позволяют уменьшить число прослоек в 2-3 раза и получить экономию геотекстильного материала на 20-40% по сравнению с решениями, основанными на использовании известных методик проектирования насыпей с местным армированием ГТП.
В заключение следует.отметить, что разработанные рекомендации не исчерпывают всей области возможного применения построенных математических моделей. С их ешощьв мокно описывать взаимодействие ГТП с грунтом при расчете и конструирования армированных насыпей в случаях -заложения прослойки самыми-различными способами, в том числе в виде полуобойм и обойм. Единственное ограничение состоит в том, чтобы функция, описывающая линию, совпадающую с проекцией прослойки за плоскость поперечного сечения земляного полотна, била непрерывной вместе со своими производными до второго порядка включительно.
