Введение к работе
Актуальность темы исследования. В практике строительства при уплотнении грунта не всегда возможно или выгодно использовать каток. В местах прокладки коммуникаций при обратной засыпке грунта, на ограниченных пространствах, уплотнении грунта вблизи бровки насыпей, для проведения ландшафтных работ, уплотнения пазух фундаментов, на дорожках, в траншеях - целесообразно использовать виброплиты.
Результат уплотнения конкретного грунта в слое заданной толщины зависит от правильного выбора модели виброплиты и от числа проходов.
Несмотря на растущий спрос на виброплиты и постоянное совершенствование их конструкций, недостаточная изученность процесса уплотнения грунта не позволяет заранее обосновать выбор модели виброплиты и определить необходимое число проходов для выполнения работ в заданных условиях при конкретных требованиях к качеству уплотнения.
Таким образом, актуальной является задача оценки уплотняющей способности виброплит на этапе выбора модели виброплиты для производства работ в конкретных условиях и определения необходимого числа проходов.
Степень разработанности
Вопросы, касающиеся технологических возможностей современных виброплит частично представлены в материалах производителей Раскат, Ammann, Atlas Сорсо, Bomag, Wacker Neuson. Теоретические исследования, касающиеся изучения процесса и результатов уплотнения грунта виброплитами рассмотрены в работах отечественных исследователей Баркана Д.Д., Владимирова В.Н., Доценко А.И., Закирзакова Г.Г., Захаренко А.В., Калужского Я.А., Капустина М.И., Попова Г.Н., Русакова И.Г., Харкевича А.А., Шехтер О.Я., Хархуты Н.Я., а также зарубежных авторов Al-Zahrani R., Anderegg R., Bratu P., Debeleac C, Kaufmann K., Vasile O., Hugel H.M., Henke S., JihuiLiang, Kinzler S., LiliXin, Rouaiguia A.
Цель работы. Разработка методики оценки влияния технических характеристик виброплит на результат уплотнения грунта.
Задачи диссертационного исследования.
Провести обзор рекомендаций производителей виброплит по оценке технологических возможностей и рекомендуемого числа проходов при уплотнении грунта в различных условиях;
провести статистический анализ взаимосвязи основных технических характеристик виброплит;
разработать математическую модель уплотнения грунта виброплитой для случая линейного изменения плотности грунта по глубине;
провести экспериментальные исследования процесса уплотнения грунта виброплитой;
разработать программу расчета результатов уплотнения грунта виброплитой;
провести оценку достоверности результатов расчета по программе путем сопоставления с результатами проведенных экспериментальных исследований, а также сравнением с результатами экспериментальных исследований других авторов;
Научная новизна.
Получены зависимости основных технических характеристик, выпускаемых виброплит в функции их массы;
Получены зависимости для расчета времени нагружения и времени разгрузки грунта с учетом технических характеристик виброплит и коэффициента уплотнения грунта;
разработана математическая модель уплотнения грунта виброплитой, позволяющая рассчитывать напряжения и деформации грунта, как на поверхности, так и на различных глубинах при линейном законе изменения плотности грунта по глубине;
разработаны блок-схемы и программа расчета результатов уплотнения грунта виброплитой, реализованная в виде программного комплекса «Vibroplate», содержащего, кроме расчетного модуля, настраиваемую базу данных по виброплитам и встроенную справочную систему.
Теоретическая и практическая значимость работы
Разработанная математическая модель уплотнения грунта виброплитой при линейном законе изменения плотности грунта по глубине позволяет установить взаимосвязь технических характеристик виброплиты с результатами уплотнения грунта на различных глубинах.
Разработанный программный комплекс «Vibroplate» является инструментом, предназначенным для решения задач оценки технологических возможностей различных моделей виброплит и назначения режимов работы для выбранной модели виброплиты в конкретных условиях производства работ.
Реализация работы
Разработанный программный комплекс «Vibroplate» для определения рациональных параметров и режимов работы виброплит внедрен в учебном процессе ЯГТУ по курсу «Технология и организация строительства автомобильных дорог», «Реконструкция автомобильных дорог» для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы», а также принят к использованию в ГП «ЯРДОРМОСТ».
Методология и методы иследований
Методология исследований включала в себя оценку актуальности работы и формулировку цели и задач исследования; обзор теоретических исследований и обоснования подходов, использованных при разработке математической модели; разработку математической модели процесса уплотнения грунта виброплитами; экспериментальные исследования процесса уплотнения грунта виброплитой; разработку блок-схемы и
программы расчета результатов уплотнения грунта виброплитами; оценку достоверности результатов расчета по программе и корректировку математической модели и программы расчета путем сопоставления с экспериментальными данными.
При выполнении диссертационной работы использовался
комплексный подход, содержащий как теоретические, так и
экспериментальные методы исследования. Теоретические исследования основывались на использовании методов реологического моделирования взаимодействия виброплиты с грунтом с использованием Mathlab Simulink, регрессионного анализа в программе Statistica, использования положений волновой теории пластичности при анализе распространения волн напряжения в грунтах.
Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современных датчиков и регистрирующих устройств, внесенных в Государственный реестр средств измерения РФ.
Положения, выносимые на защиту:
-
Уравнения для расчета времени нагружения и времени разгрузки грунта в зависимости от массы, относительного вынуждающего усилия виброплиты и коэффициента уплотнения грунта;
-
методика расчета результатов уплотнения грунта виброплитой, позволяющая в зависимости от технических характеристик виброплиты вычислять значения напряжений и достигнутый коэффициент уплотнения на каждом проходе, как на поверхности, так и на различных глубинах при линейном законе изменения плотности грунта по глубине;
-
программный комплекс для определения необходимого числа проходов и результатов уплотнения грунта виброплитой при различных видах грунта, глубины уплотнения и требуемого коэффициента уплотнения на поверхности и глубине.
Степень достоверности исследования обеспечена сопоставлением
с результатами проведенных экспериментальных исследований, а также
сравнением с результатами экспериментальных исследований
отечественных и зарубежных авторов и производителей виброплит, по значениям развивающихся на различных глубинах напряжений и накоплению деформаций (коэффициента уплотнения) при уплотнении различных видов грунтов виброплитами.
Апробация работы. Основные положения и результаты
выполненных исследований докладывались на шестьдесят седьмой научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (Ярославль, 2014), а также на семинарах кафедры «Строительные и дорожные машины» Ярославского государственного технического университета; представлены в материалах международной научно-практической конференции «Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе» (Пермь, 2014), ХI и XII Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых
«Экология и научно-технический прогресс. Урбанистика» (Пермь, 2014, 2015).
Публикации. Основные результаты работы освещены в 6 научных
публикациях, из них 2 в центральных научных журналах,
рекомендованных ВАК РФ, 4 в сборниках трудов международных конференций и семинаров.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и 3 приложений. Содержит 159 страниц машинописного текста, 114 иллюстраций и 23 таблиц, список литературы из 57 названий на 5 стр.