Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса исследований 13
1.1 Особенности физических свойств торфа и классификация торфяных грунтов 14
1.2 Особенности прочностных характеристик торфяных грунтов и их взаимосвязь с физическими свойствами торфа 21
1.3 Влияние порового давления на прочность торфяной залежи. 32
1.4 Основные принципы оценки устойчивости и несущей способности насыпи, опирающейся на слабые грунты 36
1.5 Особенности вибродинамического воздействия поездов на земляное полотно, опирающееся на слабое основание 46
1.6 Особенности влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики грунтов 53
1.7 Выводы по главе 1 57
2. Натурные исследования колебательного процесса земляного полотна опирающегося па торфяное основание 60
2.1 Характеристика экспериментального участка 61
2.2 Методика проведения экспериментов
2.2.1 Аппаратура и приборы для полевых исследований... 62
2.2.2 Технология проведения эксперимента 65
2.2.3 Обработка полученных данных
2.3 Исследование колебательного процесса грунтов земляного полотнаи его торфяного основания 69
2.4 Влияние скорости движения поездов на колебания грунтов земляного полотна, опирающегося на торфяное
основание 79
2.5 Исследование распространения колебаний в теле земляного полотна и за его пределами 82
2.5.1 Распространение колебаний по глубине земляного полотна и торфяного основания 83
2.5.2 Распространение колебаний в поперечном оси пути направлении 90
2.5.3 Распространение колебаний в продольном оси пути направлении 96
2.6 Выводы по главе 2
Исследование изменения прочностных характеристик торфяных грунтов при действии вибродинамических нагрузок 101
3.1 Характеристика опытных участков, порядок отбора и транспортировки монолитов 102
3.2 Моделирование работы грунта 104
3.3 Конструкция лабораторной установки для исследования грунтов при вибродинамических нагрузках 105
3.4 Методика подготовки и испытания образцов торфяного грунта 109
3.5 Исследование влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа 116
3.5.1 Зависимость изменения прочностных характеристик торфа отвлажностии пористости 117
3.5.2 Исследование влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа... 121
3.5.3 Исследование изменения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия 127
3.5.4 Исследование влияния вибродинамического воздействия на величину сопротивления торфа
сдвигу 132
3.6 Выводы по главе 3 137
Исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамических нагрузок 139
4.1 Актуальность и справедливость использования формулы В.Г. Березанцева для определения величины «повышенного» расчетного сцепления грунта 141
4.2 Вывод основных уравнений теории предельного равновесия для модели идеально-связного грунта с учетом действия вибродинамической нагрузки 147
4.3 Решение системы дифференциальных уравнений теории предельного равновесия методом конечных разностей 153
4.4 Пример расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамической нагрузки 160
4.5 Изучения влияния на несущую способность торфяных оснований различных факторов 164
4.5.1 Влияние прочностных характеристик торфа на несущую способность основания 165
4.5.2 Изменение несущей способности основания от величины вибродинамического воздействия 170
4.5.3 Влияние боковой пригрузки на несущую способность основания 174
4.6 Несущая способность насыпи на торфяном основании, при устройстве закрепленного слоя грунта 176
4.7 Несущая способность насыпи на торфяном основании, с учетом армирования геосинтетическими материалами \jg
4.8 Сопоставление теоретических расчетов несущей способности основания земляного полотна с опытными данными 182
4.9 Выводы по главе 4 187
Общие выводы 1S9
Список используемой литературы
- Особенности прочностных характеристик торфяных грунтов и их взаимосвязь с физическими свойствами торфа
- Методика проведения экспериментов
- Распространение колебаний в поперечном оси пути направлении
- Конструкция лабораторной установки для исследования грунтов при вибродинамических нагрузках
Введение к работе
Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.
Железнодорожное сообщение в нашей стране на сегодняшний день было и остается важнейшей и самой крупной составляющей транспортной системы. В перспективе роль железнодорожного транспорта не изменится, и он будет оставаться основным видом сообщения, обеспечивающим массовые грузовые и пассажирские перевозки.
Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года предусматривает в ближайшем будущем увеличение грузооборота. Возникает острая необходимость повышения провозной и пропускной способности железных дорог. Решать эту проблему необходимо как за счет интенсификации работы существующей железнодорожной сети, так и строительством новых железных дорог. На сегодняшний день активными темпами на отдельных направлениях и участках осуществляется повышение скоростей движения как пассажирских, так и грузовых поездов, планируется увеличение веса поездов за счет увеличения длины составов и повышения осевых нагрузок до 25-27 т/ось.
Реализация планируемых мероприятий неминуемо приведет к значительному увеличению вибродинамического воздействия на железнодорожный путь, включая земляное полотно и его основание. Данный факт негативным образом скажется, в первую очередь, на работе земляного полотна, отсыпанного в районах с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. В частности, это зоны с залеганием слабых торфяных грунтов.
Опыт строительства, эксплуатации и специальные наблюдения за работой земляного полотна, опирающегося на торф, убедительно показали, что с возрастанием скоростей движения, даже при неизменных осевых нагрузках, происходит увеличение «больных» мест, появляются просадки пути на тех участках, где их раньше не было. В отдельных случаях регистрируются значительные деформации пути, требующие закрытия движения. Отмеченные деформации в большинстве случаев являются следствием дефицита несущей способности торфяного основания земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку.
При этом, на сегодняшний день, вопросы, связанные с аналитической оценкой несущей способности земляного полотна, опирающегося на слабые торфяные грунты, воспринимающего значительные вибродинамические нагрузки от проходящего поезда не получили должного рассмотрения. Таким образом, на сегодняшний день существует объективная необходимость в комплексном решении задачи о количественной оценке несущей способности земляного полотна,
опирающегося на торф, с учетом действия вибродинамических нагрузок от проходящих поездов. Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является: разработка научно-обоснованного решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов.
Для достижения поставленной цели, в диссертации поставлены и решены следующие задачи:
-
Выявлены зависимости и характер распространения колебаний в земляном полотне и торфяном основании.
-
Установлены закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия.
-
Разработана методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.
Научная новизна.
-
Впервые получены аналитические зависимости, описывающие распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок. Получены коэффициенты затухания амплитуд колебаний в торфяном основании по глубине и в поперечном оси пути направлении.
-
Впервые установлены и исследованы закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия. Определены коэффициенты относительного снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления, угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана и обоснована возможность использования модели идеально связного грунта для решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии инерционных сил, а также с учетом снижения под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.
-
На основе разработанного теоретического решения предложена методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическую и практическую значимость работы представляют:
-
Аналитическая зависимость для определения амплитуд колебаний в теле и за пределами земляного полотна, опирающегося на торф, полученная на основе проведенных натурных экспериментов.
-
Закономерности снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления и угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.
-
Разработанная методика расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, основанная на модели идеально связного грунта, учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.
-
Рекомендации по обеспечению несущей способности торфяного основания железнодорожной насыпи.
Методология и методы исследований.
Для решения поставленных задач были выполнены натурные, лабораторные и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на железнодорожной линии Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги. Лабораторные исследования выполнены в Петербургском Государственном университете Путей Сообщения на кафедре «Управление и технология строительства». На основе статистической обработки и аппроксимации данных полевых и лабораторных экспериментов выявлены аналитические зависимости для определения амплитуд колебаний в теле земляного полотна и его торфяном основании, а также получены количественные зависимости снижения прочностных характеристик торфа при действии вибродинамических нагрузок.
При разработке предлагаемой методики использовались результаты исследований российских и зарубежных ученых в области механики грунтов и проектирования земляного полотна железных и автомобильных дорог. На основе предложенного теоретического решения выполнено исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, в зависимости от показателя сопротивления торфа сдвигу, величины удельного сцепления и угла внутреннего трения, величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, чувствительности к нему торфа, а также в зависимости от геометрических размеров и конструктивных особенностей железнодорожной насыпи. Положения, выносимые на защиту.
1. Полученные аналитические зависимости распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок.
-
Установленные закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов, в зависимости от величины вибродинамического воздействия и физических свойств торфа.
-
Теоретическое решение задачи предельного равновесия для модели идеально связного грунта применительно к оценке несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом.
-
Методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, основанная на модели идеально связного грунта и учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.
Степень достоверности результатов.
Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается сходимостью данных теоретических исследований с результатами натурных экспериментов и с многочисленными инструментальными наблюдениями за работой земляного полотна железных дорог, опирающегося на торфяной грунт, на участках Октябрьской железной дороги. Апробация результатов.
Основные положения и результаты работы были доложены на следующих конференциях:
-
Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». Одесса, 2011 г.
-
10 научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», посвященная памяти профессора Георгия Михайловича Шахунянца. Москва 2013 г.
-
Международная научно-техническая конференция «Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов», посвященная памяти профессора Александра Васильевича Ливеровского. Санкт-Петербург 2013 г.
Реализация исследований.
Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Ленгипротранспуть» (филиал ОАО «Росжелдорпроект») при разработке проектов реконструкции железнодорожных путей, а также в ПГУПСе при проектировании модернизации участков пути Октябрьской железной дороги. Публикации.
По теме диссертационной работы опубликовано 3 статьи, в том числе 1 статья в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования и науки Российской Федерации.
Структура и объем диссертации.
Особенности прочностных характеристик торфяных грунтов и их взаимосвязь с физическими свойствами торфа
Почвы и горные породы как многокомпонентные динамические системы, находящиеся под воздействием инженерной деятельности человека, объединяются общим понятием «грунт». [90] На основе этого понятия появился термин «слабый грунт», который указывает на принадлежность к определенным типам грунтов, обладающих (с позиции механики грунтов) низкими показателями механических свойств. Им присущи избыточная увлажненность, высокая сжимаемость и низкая несущая способность. [7] К слабым грунтам следует относить: торф и заторфованные грунты, илы, сапропели, глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5, иольдиевые глины, грунты мокрых солончаков. Генетико-литологическая и структурная общность этих грунтов характеризуется наличием в составе твердой фазы гидрофильных компонентов, высокой степенью водонасыщенности и сжимаемости, отсутствием прочных межчастичных связей, низкой плотностью и несущей способностью.
Твердая фаза торфа многокомпонетна и состоит из сохранившихся растительных остатков размером более 250 мк с клеточным строением, образующих переплетенную структуру, и коллоидной фракции, образованной ассоциатами продуктов распада органических веществ, находящихся в равновесии с водным раствором органических соединений, минеральных компонентов, водостойких и водорастворимых соединений минералов с гуминовой кислотой, входящей в структуру, а так же воздухом и различными газами.
По наблюдениям Сидянина С.А. и Морозова СВ.[92] при влажности W 565% - торф всегда трехфазная система. В таком состоянии торф находится в осушаемых болотах, где уровень грунтовой воды несколько ниже уровня торфа. В таком случае газообразная фаза может занимать до 10% объема залежи. При влажности W 565% торф становится двухфазной системой. Корчумов С.С. экспериментально доказал, что торф, находящийся в состоянии двухфазной системы, следует рассматривать как грунтовую массу. [50] В этом случае образованное скелетом торфа поровое пространство заполнено водой и коллоидным раствором.
Особое значение имеет ботанический состав торфа, оказывая значительное влияние на прочностные и деформативные свойства торфяной залежи.Такжеон отражает тип водного питания болота на различных стадиях его развития и особенности образования и накопления. [118] В зависимости от степени разложения и стойкости растений, ботанические остатки имеют различный размер, различную прочность и жесткость, сжимаемость и различную способность набухать в воде под действием сил осмоса, проявляющихся в полостях растительных клеток. В этом состоит одна из главных особенностей торфа.
Грубодисперсная фракция торфа хорошо выявляет ботанический состав при низких степенях разложения R=30-45%, при R 45-50 % стирается видовой состав и индивидуальные особенности торфа, поэтому влияние ботанического состава на физико-механические свойства, текстуру и консистенцию торфа более четко проявляются при малых и средних степенях разложения. [42]
Например, торф моховой группы при R=30 % имеет способность сохранять очень высокую влажность за счет осмотически связанной воды, находящейся в набухших клетках растительных остатков. Особенно стоит выделить торф, в составе которого преобладают остатки шейхцерии. Этот вид торфа довольно часто имеет степень разложения R=40-45 % и влажность W=1900-2200%, внутризалежные прослойки воды, заключенные в непроточных объемах, и слизистую как бы омыленную поверхность частиц грубодисперсной фракции. Поэтому слои шейхцериевого торфа сильно растекаются или выдавливаются при приложении к нему небольших нагрузок. [59]
Важно отметить, что на основании вышеприведенных общих соображений о степени влияния ботанического состава нельзя делать выводы о том, что торф с низкой степенью разложения прочный, а с высокой степенью разложения - обладает меньшими прочностными характеристиками. [70] Прочность торфа не определяется каким либо одним фактором, в частности, прочностью ботанических остатков. Роль и влияние ботанического состава в системе торфа следует оценивать в связи с другими факторами, определяющими само существование торфа как коллоидной дисперсной системы. [88]
Основным торфообразующим фактором является постоянное увлажнение, оно обеспечивает развитие болотной растительности и создает благоприятные условия для накопления неполностью разложившихся растительных остатков. Водное питание торфяников различается по степени минерализации и является решающим фактором, определяющим характер растительного покрова и тип торфяной залежи. Подавляющее большинство авторов [4, 70, 118, 89, 25] по типу водного питания разделяют болота на 3 группы:
1. Низинные болота, имеющие жестководное питание. Источником воды обычно служит грунтовая вода, частично речная или ключевая. Низинные болота образуются в котловинах, а образование торфа приводит к выравниванию котловины.
2. Верховые болота. Питаются атмосферными осадками, которые бедны минеральными солями и образуются на водоразделах или ровных поверхностях, образуя при этом ровно-выпуклую поверхность.
3. Болота переходного типа. Имеют смешанное питание как грунтовой водой, так и атмосферными осадками и обнаруживают в той или иной мере признаки низинных и верховых болот.
Со строительной точки зрения особый интерес вызывает классификация болот, предложенная Н.П. Кузнецовой [52, 53], и затем развитая в работах Ордуянца К.С.[70, 71], отражающая общую картину строения болотной толщи (табл. 1.1).
Методика проведения экспериментов
В рамках полевых экспериментов необходимо выявить основные закономерности распространения колебаний в торфяном основании, а так же определить фактические значения амплитуд колебаний, передающихся торфу. Решение этих задач предусматривает получение основных характеристик колебательного процесса грунтов, как тела земляного полотна, так и торфяного основания, необходимых для его моделирования при исследовании закономерностей снижения прочностных характеристик грунта, воспринимающего вибродинамическую нагрузку.
Сегодня вопросам исследования характера колебаний грунтов железнодорожных насыпей уделяется достаточно большое внимание, об этом свидетельствуют результаты исследований И.В. Прокудина [77, 78, 79, 80],
А.Ф. Колоса [46, 47], И.С. Козлова [44], Г.Г. Коншина [49], В.В. Виноградова [14], доказывающие наличие взаимосвязи между характером колебаний грунтов железнодорожного земляного полотна и скоростью движения поезда, нагрузкой на ось, состоянием и свойствами грунтов земляного полотна,конструкцией верхнего строения пути. Однако, для железнодорожных насыпей, опирающихся на торфяной грунт, подобных работ, выявляющих особенности распространения колебаний не только в земляном полотне, но и торфяном основании практически нет.
Изучение характера колебаний производилось по записям с различных стоянок (рис.2.3). Образец записи, отражающей колебания грунтов основной площадки насыпи на торфяном основании при проходе грузового поезда со скоростью 70 км/ч, приведен на рисунках 2.4, 2.5, 2.6, 2.7. Колебания носят сложный пространственный характер, вследствие чего они регистрируются в вертикальной плоскости (составляющая Z), в горизонтальной плоскости: вдоль пути (составляющая Х)и поперек пути (составляющая У).Из представленных рисунков можно сделать следующий вывод:максимальные смещения частиц грунта происходят в вертикальной плоскости и по времени достаточно строго совпадают с моментом прохода осей подвижного состава над местом установки датчиков.
Анализ записей колебательного процесса грунтов земляного полотна, опирающегося на торфяное основание, позволяет описать каждую из трех составляющих.
Вертикальная составляющая колебаний«г» имеет наиболее сложный характер. На всех записях отчетливо видны различия в характере колебаний, который определяется величиной осевой нагрузки, скоростью движения поезда и местоположением сейсмоприемников относительно источника колебаний. Анализ записей колебаний грунтов основной площадки земляного полотна, опирающегося на торф, показывает, что вертикальная составляющая колебаний состоит из трех условных гармоник.
Первая гармоника - низкочастотная, в подавляющем большинстве записей проявляется с частотой от 1,2 до 4,0 Гц и обладает значительными амплитудами (100-150 мкм). Легко заметить, что низкочастотная составляющая вертикальных колебаний есть не что иное, как общая деформация насыпи под действием проходящего поезда. Величина этой деформации прямым образом зависит от осевой нагрузки подвижного состава и в чуть меньшей степени от скорости движения поезда. Так при проходе грузового состава на записи с легкостью можно определить положение локомотива (в нашем случае ВЛ-10) и положение вагонов, имеющих меньшую осевую нагрузку.
При проходе локомотива, значения амплитуд колебаний в вертикальной плоскости в среднем на 15-20% больше, чем при проходе грузовых вагонов и составляют (130-150 мкм). На первый взгляд может возникнуть сомнение в правомерности называть общую деформацию колебанием. Однако не следует забывать, что перемещение частиц регистрируется не только под действием проходящего поезда, но осложнено еще и наложенными колебаниями, что приводит к сложным перемещениям частиц грунта в вертикальной плоскости. В процессе этих перемещений в грунте развиваются дополнительные силы в виде инерционных сил. Это и позволяет считать такие перемещения как колебания с низкой частотой. Важно отметить, что низкочастотная гармоника присутствует практически на всех записях и проявляется при скоростях движения поезда от 50 км/ч до 90 км/ч. В насыпях же на твердом минеральном основании при движении грузовых поездов эта гармоника никогда не регистрировалась, а при движении скорых поездов она проявлялась при превышении скорости движения порядка 100 км/ч только при проходе локомотива поезда [79].
Распространение колебаний в поперечном оси пути направлении
Для исследования физико-механических свойств торфяных грунтов при действии вибродинамических нагрузок были отобраны образцы торфа ненарушенной структуры с 3 экспериментальных участков.
Все экспериментальные участки расположены на перегоне Грузино-Сосново направления Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги между ПК 450+00,00 - ПК 480+00,00. Основание земляного полотна на данном участке представлено торфяными грунтами, мощность которых колеблется от 2,5 м до 7,0 м. Природная влажность образцов отобранных на данных участках изменяется в пределах 440% - 790%. Земляное полотно представлено насыпями высотой от 1,0 м до 4,5 м. Степень разложения торфа под железнодорожной насыпью имеет практически постоянное значение и равна 45-50%.
Для оценки несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами при действии вибродинамических нагрузок, принципиально важно изучить изменение прочностных свойств торфа, погребенного под насыпью, при вибродинамическом воздействии. Для этого при отборе монолитов грунта была использована мобильная буровая установка УКБ-12/25 (рис.3.1), позволяющая проходить геологические скважины диаметром до 250 мм и глубиной до 15 м.
Установка УКБ-12/25 производилась в верхней части насыпи на минимально допустимом расстоянии от оси крайнего железнодорожного пути. Бурение осуществлялось шнеками диаметром 112 м, а забор грунта осуществлялся при помощи лепесткового грунтоноса, внешний диаметр которого равен 108 мм. (рис.3.2)
Использование данного оборудования позволило получить образцы торфяного грунта ненарушенной структуры диаметром 100 мм.
Каждый образец сразу же после отбора плотно упаковывался в полиэтиленовую пленку, а затем помещался в полимерную герметичную капсулу, что позволяло сохранить структуру каждого образца, плотность и влажность отбираемого торфа. Отбор, консервация и хранение образцов соответствуют рекомендациям, изложенным в ГОСТ 12071-2000.Полученные образцы торфяного грунта транспортировались в грунтовую лабораторию кафедры «Управление и технология строительства» Петербургского государственного университета путей сообщения.
Как было отмечено в главе II, движущийся поезд является источником вибродинамического воздействия, вызывающего пульсацию напряжений в грунтах земляного полотна и основания и, как следствие пульсации -колебания частиц грунта, на которые накладываются колебания различных частей подвижного состава. При этом, как показали полевые эксперименты, наличие в основании насыпей слабого торфяного грунта приводит к резкому и значительному увеличению степени вибродинамического воздействия со стороны подвижного состава на грунты, как земляного полотна, так и торфяного основания. Абсолютные значения амплитуд колебаний для насыпей на торфяном основании в 1,9-2,1 раза больше по сравнению с амплитудами колебаний для насыпей на твердом минеральном основании.
Следует отметить, что на сегодняшний день смоделировать процесс колебаний частиц грунта при проходе поезда крайне сложно и, как показывают многолетние эксперименты, нецелесообразно. Для целей инженерной практики вполне достаточно создать такую аналогию в состоянии грунта, которая будет учитывать основные условия работы грунта в земляном полотне.
В рамках диссертационной работыэкспериментах основное внимание уделялось моделированию напряженного состояния образцов грунта с обеспечением действия статических и пульсирующих напряжений в натурную величину. Естественно, что статическая составляющая напряжений должна учитывать действие собственного веса верхнего строения пути и собственного веса грунта земляного полотна, а пульсация напряжений — действие подвижного состава при проходе каждой оси. При данном подходе в изменении напряжений должны регистрироваться две частоты (несущая и наложенная), этим частотам будут соответствовать смещения частиц грунта, которые будут пропорциональны величине пульсации напряжений (при условии работы грунта в упругой стадии). Таким образом, будут моделироваться две основные составляющие вибродинамического воздействия, обладающие наибольшей энергетической характеристикой. [41] При таком подходе в лабораторных
Конструкция лабораторной установки для исследования грунтов при вибродинамических нагрузках
В связи с этим сопоставление теоретических результатов расчета несущей способности торфяного основания производилось с результатами натурных наблюдений. td Для этой цели были исследованы 10 участков земляного полотна на перегоне Колежма-Ухтица линии Беломорск-Маленга Октябрьской железной дороги, на которых, согласно ведомости деформирующихся мест земляного полотна ПЧ-36, на данных участках наблюдаются деформации основной площадки до 30-40 мм в год. По результатам проведенного обследования и инженерно-геологических изысканий выявлены основные дефекты земляного полотна и основания насыпи, а так же определены величины удельного сцепления, угла внутреннего трения, сопротивления сдвигу торфа, залегающего под насыпью. Полученные данные вводились в расчет, по результатам которого строилась сетка линий скольжения, определялись предельные напряжения в уровне основания насыпи. Так же были проведены расчеты несущей способности торфяного основания без учета снижения прочности торфа под действием вибрации, и производилась оценка несущей способности основания по методике, разработанной Прокудиным И.В. [79] для грунтов, обладающих как сцеплением, так и внутренним трением. td Напряжения от подвижного состава были определены в соответствии с «ЦПТ 52/14 Методикой оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения его надежности». Такое допущение вполне корректно, так как конструкция верхнего строения пути на всех участках была одинакова за исключением толщины щебеночного балласта. td Результаты приведены в таблице
Результаты расчета несущей способности основания земляного полотна на td опытных участках линии Беломорск-Маленга Действующие напряжения по подошве насыпи, од.о.п., т/м Несущая способность без учета вибродинамики, ост., т/м2 Несущая способность, определенная с использованием модели грунта обладающего С и ф, ос/р., т/м2 несущая способность, определенная с использованием модели идеально-связного грунта, от, т/м2 а 6
Полученные данные свидетельствуют о том, что отношение предельных напряжений, полученных по разработанной в раках диссертации методике, к фактическим, близко к единице. То есть конструкция железнодорожной насыпи на рассматриваемых участках работает в предельном напряженном состоянии при отсутствии необходимого запаса по td 184 td несущей способности. Этим и вызваны значительные (до 30-40 мм.в год) деформации основной площадки земляного полотна. td Важно отметить также следующее, результаты расчета несущей способности без учета снижения прочности торфяного основания под действием вибродинамической нагрузки, не соответствуют td действительности, на всех десяти участках, значения предельных напряжений в таком случае в 1,37-1,58 раза больше действующих по подошве насыпи напряжений. Это не согласуется с данными обследования, при соотношении предельных напряжений к действующим больше 1,25 деформирования торфяного основания и тела насыпи не должно быть, однако на опытных участках наблюдаются значительные деформации основной площадки, и основания. td Стоит также отметить значительные расхождения с данными обследования результаты расчетов по методике Прокудина И.В. [79] для шести из десяти опытных участков, соотношение предельных напряжений к фактическим больше требуемого коэффициента запаса «1,25», а это позволяет сделать вывод о том, что несущая способность основания на данных участках обеспечена и деформаций не должно быть. При этом данное несоответствие в большей степени объясняется тем, что методика расчета несущей способности Прокудина И.В. [79] разработана для случаев, когда основание насыпи сложено глинистыми грунтами. td Результаты расчетов по разработанной в рамках диссертации методике полностью согласуются с результатами наблюдений. На всех десяти участках соотношение предельных и допускаемых напряжений меньше 1,25но больше 1,00. То есть по результатам расчетов конструкция насыпи на рассматриваемых участках работает в условиях отсутствия необходимого запаса по несущей способности, чем и вызваны незатухающие с течением времени деформации основной площадки и земляного полотна. td Достаточно эффективным способом проверки теоретических расчетов является так же сравнение расчетной поверхности смещения грунта сфактически зарегистрированной. По результатам обследования было зарегистрировано три таких участка, на каждом участке поверхность смещения грунта была представлена выпором торфяного грунта из-под насыпи на основание и одновременно сопровождались деформациями откосов и искажением продольного профиля пути.
