Введение к работе
Актуальность работы. Работа посвящена исследованию напряженно-деформированного состояния (НДС) и разработке метода расчета основных компонентов тела автомобильной дороги - земляного полотна и конструкции дорожной одежды, с учетом их взаимодействия с геологической средой.
В системе проектирования элементов автомобильной дороги вначале проектируется земляное полотно, а затем конструкция дорожной одежды.
На первом этапе проектирования, основные размеры земполотна автодороги
назначаются или определяются расчетом по теории предельного равновесия для
плоских расчетных схем, в которых материалы земполотна и грунты
геологической среды принимаются весомыми, а их физическое состояние описывается уравнениями для идеалыю-жесткопластических тел. Геологическая среда на этом этапе, учитывается при выборе параметров поперечного сечения земполотна, при назначении высоты земполотна, при расчете устойчивости против оползания откосов (в этом случае учитывается только та часть геосреды, которая находится выше расчетной поверхности скольжения) и при расчете осадки основания земполотна на слабых грунтах (в пределах сжимаемой толщи основания одномерной расчетной схемы).
На втором этапе проектирования, когда определены размеры земляного
полотна, проектируется дорожная одежда на основе решения осесимметричной
задачи теории линейной упругости, для невесомого и безинерционного двух-,
трехслойного полупространства с распределенной по площади круга на
поверхности полупространства нагрузкой от транспортных средств.
Расчетная схема по проектированию нежестких покрытий автодорог предопределяет "неопределенность" в местоположении (по ширине покрытия) расчетного сечения - сечения в котором выполняются проверки по принятым в этой методике критериям. В нормативной расчетной схеме, согласно инструкции ВСН 46-83, это сечение по центральной оси круга, расположенного на поверхности полупространства и загруженного распределенной нагрузкой от транспорта. Оценка прочности материалов дорожной одежды и земполотна выполняется в точках сечения, а его выбор не зависит ширины покрытия, количества полос движения, их местоположения на поверхности покрытия реальной автодороги и схем загружения покрытия транспортной нагрузкой.
Таким образом, две основные расчетные схемы по которым при проектировании получается основная несущая конструкция автодороги - ее тело, существенно отличаются друг от друга. Расчетные схемы, которые должны адекватно отражать реальные свойства автомобильной дороги и реальные свойства геологической среды вмещающей автодорогу, основываются на результатах решений прикладных задач механики сплошной среды с принципиально различными упрощениями и допущениями. Это определило актуальность проведения исследований.
Целью работы является разработка основ методики расчетно-
теоретического прогноза напряженно-деформированного состояния дорожных сооружений взаимодействующих с геологической средой на основе расчетной схемы
(модели), учитывающей совместную работу материалов элементов в конструкции дорожной одежды, в земполотне и в природных грунтах геосреды. На защиту выносятся:
результаты выполненного анализа существующего геомеханического обеспечения, применяемого при исследовании и проектировании элементов поперечного сечения автомобильных дорог, в виде предложений по примененшо для расчета напряженно-деформированного состояния материалов модели системы "автодорога-геосреда" новых расчетных схем на основе метода конечных элементов (МКЭ), в которых учитываются все основные и определяющие факторы, характеризующие взаимодействие реальной автодороги и вмещающей ее геологической среды;
основы методики расчетно-теоретического исследования напряженно-деформированного состояния модели системы "автодорога-геосреда";
- результаты выполненного количественного исследования взаимодействия
автодороги с геосредой.
Научная новизна работы подтверждается:
- выявленными особенностями взаимодействия компонентов системы
"автодорога-геосреда", которые не учитывались в расчетах НДС материалов такой
системы;
законченной методикой расчета НДС материалов системы "автодорога-геосреда", в которой учитывается совместная работа основных компонентов системы: материалов дорожной одежды, земполотна и природных грунтов геосреды в поле действия объемных сил гравитации и поверхностных нагрузок от транспортных потоков;
результатами расчетных исследований НДС дорожной одежды в рамках расчетной схемы "автодорога-геосреда", доказьівающігх необходимость учета следующих факторов: типа поперечного сечения автодороги ( в насыпи, выемке и их разновидностях, в том числе для городских условий); параметров транспортных потоков (число полос движения и условий их размещения на поверхности покрытия); параметров геосреды;
разработкой новых конструкций дорожных одежд, способных лучше сопротивляться разрушению.
Практическая ценность работы. Разработаны основы количественного метода исследования напряженно-деформированного состояния дорожных конструкций взаимодействующих с геологической средой, что позволит решать конкретные задачи (исследовательского, экспертного, проектного, учебного направлений) возникающие при проектировании, строительстве, эксплуатации автомобильных дорог, в том числе для строящейся на Дальнем Востоке автодороги федерального значения "Чита-Хабаровск-Находка" и городских дорог г. Хабаровска.
Внедрение результатов работы осуществляется в проекте "№ 513 / Автомобильная дорога "Восток" на участке "обход города Хабаровска", автомобильная дорога 1-6 категории, в проекте "473/1 скоростная городская магистраль в г. Хабаровске" ОАО Проектно-изыскательского института транспортного строительства Дальгипротранс.
Аппробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на научно-технических конференциях Хабаровского политехнического института (1982, 1983, 1984, 1985, 1986, 1987, 1989 гг); на научно-практической конференции
по строительству автомобильных дорог Сахалинской области (г. Южно-Сахалинск, 1982 г.); на 1-ом Всесоюзном симпозиуме по численным методам в геомеханике и геофизике (г. Тбилиси, 1982 г.); на семинаре городской лаборатории, секция земляного полотна МАДИ (г. Москва, 1984 г.); на секции оснований и фундаментов ДальНИСа (г. Владивосток, 1991 г.); на семинаре "Контроль качества работ на строительстве дороги Чита-Находка" (г. Хабаровск, 1997 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы.
Достоверность полученных результатов подтверждается сравнением результатов теоретическігх исследований с данными полевых обследований материалов покрытий автомобильных дорог.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения, списка использованных литературных источников из 144
наименований, 10 приложений и содержит 238 страниц машинописного текста, 34
рисунка. ,
Работа выполнена на кафедре "Мосты, основания и фундаменты" Хабаровского государственного технического университета при моральной поддержке и научной консультации заведующего кафедрой "Мосты, основания и фундаменты", члена-корреспондента АТР, профессора, д.т.н. В.И. Кулиша. Реализация алгоритмов на компьютерах выполнена О.П. Колбаскиным при участии Е.Г. Горшкова. Автор искренне благодарен всем сотрудникам ДВАДИ ХГТУ, Региональной дирекции строящихся дорог на Дальнем Востоке, ОАО Дальгипротранс, которые оказывали моральную поддержку при выполнении этой работы.
