Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Введение скоростного движения поездов на сети железных дорог России тесно связано с обеспечением необходимого уровня надежности железнодорожного пути, в том числе земляного полотна, как его несущей конструкции.
Одной из причин, которые вызывают деформации земляного полотна, является увеличение вибродинамического воздействия от скоростного движения. Данные последних лет свидетельствуют, что на магистралях, где внедряется такое движение поездов, отмечается некоторое увеличение числа больных участков земляного полотна, причем появление интенсивных деформаций совпадает с началом эксплуатации этих составов. Такая ситуация в совокупности со сложными экономическими условиями, в которых сейчас пребывает железнодорожный транспорт, потребовала от Министерства Путей Сообщения проведения ужесточенной политики ресурсосбережения на сети железных дорог Российской Федерации. В связи с этим большую актуальность приобрели вопросы создания условий для надежной и стабильной работы железнодорожного пути при оптимизации затрат на его реконструкцию и содержание. Выполнение поставленных задач невозможно без ликвидации деформаций земляного полотна.
Многолетние исследования и опытно-производственные работы ПГУПСа на Октябрьской, Северной, Юго-Западной дорогах показали эффективность применения способа усиления земляного полотна, предусматривающего предварительное смешивание грунтов зоны основной площадки с вяжущими материалами и последующее их уплотнение. Однако анализ существующих работ показывает, что недостаточно широко изучено напряженное состояние грунтов земляного полотна, усиленного под-балластным ґрунтобетонним слоем, а вопросам распространения колебаний внимания практически не уделялось. В то же время известно, что су-
щественное влияние на величину несущей способности оказывает величина вибродинамического воздействия.
В предыдущих работах и исследованиях не получили широкого рассмотрения вопросы, связанные с расчетом несущей способности с учетом вибродинамического воздействия слоистого земляного полотна, каким оно является в случае укрепления слоем грунтобетона.
Цель работы: разработка методики расчета несущей способности слоистого земляного полотна при использовании слоя закрепленного грунта в качестве мероприятия снижающего динамическое воздействие на грунты земляного полотна.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Выявить особенности и закономерности распространения колебаний в теле земляного полотна и за его пределами при устройстве подбал-ластного слоя грунтобетона. Оценить влияние этого слоя на характер колебательного процесса грунтов, слагающих земляное полотно.
-
Изучить особенности напряженного состояния укрепленного под-балластным слоем земляного полотна при вибродинамическом воздействии поездов. Оценить степень влияния слоя грунтобетона на распределение напряжений в теле земляного полотна.
-
Исследовать влияние подбалластного ґрунтобетонного слоя на несущую способность грунтов земляного полотна.
Методика исследований. Для решения поставленных задач выполнялись теоретические и полевые исследования. Натурные эксперименты выполнены на скоростной линии Санкт-Петербург - Москва Октябрьской железной дороги. При разработке основных принципов предлагаемой методики использовались результаты в основном российских ученых в об-
ласти механики грунтов и земляного полотна железных и автомобильных дорог, опыт их эксплуатации.
В работе выполнены многовариантные расчеты на ЭВМ по оценке несущей способности укрепленного земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку.
Научная новизна. 1. На основе полевых и теоретических исследований доказана эффективность использования подбалластного ґрунтобетонного слоя как мероприятия для снижения вибродинамического воздействия, возникающего при движении поездов. 2. На основе натурных экспериментальных исследований впервые получена закономерность распространения колебаний в грунтах земляного полотна, усиленного слоем из грунтобетона. 3. Выявлены особенности напряженного состояния укрепленного подбалластным слоем грунтобетона земляного полотна при проходе поездов. 4. Решена задача теории предельного равновесия с учетом слоистости земляного полотна, воспринимающего вибродинамическое воздействие.
Практическая ценность работы. Заключается в возможности использования проектными организациями разработанных методик при расчетах несущей способности слоистого земляного полотна с учетом вибродинамического воздействия. Практическую ценность представляют результаты исследований по влиянию толщины слоя грунтобетона, величины вибро-дикамического воздействия, прочностных характеристик укрепленного слоя на несущую способность. В работе предложен состав вяжущего взамен традиционного портландцемента. На данное вяжущее получено положительное решение на выдачу патента на изобретение. Предложенные методики позволяют более обоснованно проектировать и разрабатывать мероприятия по усилению земляного полотна.
Реализация исследований. Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Ленгипротранс» при обосновании выбора способа усиления основной площадки земляного полотна для реконструируемой под скоростное движение линии Санкт-Петербург -Москва. Удельные затраты (на 1 км пути) на выполнение работ по укреплению цементом подбалластного основания в сравнении с традиционным методом усиления (замена слабого глинистого грунта основной площадки дренирующим), ниже в 1,5 раза.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии и технические средства на Октябрьской железной дороге» (Санкт-Петербург, 1999 г.), на научно-методической конференции «Проблемы строительства, реконструкции и капитального ремонта зданий и сооружений на железнодорожном транспорте» (Санкт-Петербург, 1997 г.), на научно-технической конференции аспирантов СпбГТи (ТУ), посвященной памяти М.М. Сычева (Санкт-Петербург, 1997 г.), на Третьей Санкт-Петербургской Ассамблеи молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, 1998 г.)
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 5 статей.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем составляет 156 страниц машинописного текста, в том числе 127 страниц основного текста, 53 рисунка, 9 таблиц. Список литературы включает 121 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.