На прочность и устойчивость земляного полотна значительное влияние оказывает влажность грунтов. Использованные в расчетах прочности и устойчивости земляного полотна закономерности изменения прочностных и деформационных характеристик грунта от его влажности базируется на трудах отечественных ученых , -Мартиросяна, К. Терцаги, и др.

Таким образом, выполненный анализ позволил определить направление научных исследований, необходимых для решения поставленных задач.

Во второй главе Приведены результаты экспериментальных исследований колебательного процесса грунтов земляного полотна в течение теплого сезона.

Для регистрации колебаний грунтов земляного полотна применялся разработанный на кафедре «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПСа аппаратный комплекс «Сейсмолог – Тензо», который позволяет выполнять обследование земляного полотна и его основания вибросейсмическим методом, регистрировать аналоговый сигнал в цифровом представлении с помощью универсального контроллера на основе 24-битных сигма-дельта АЦП (аналого-цифровых преобразователей). Составляющими комплекта аппаратуры «Сейсмолог – Тензо» являются АЦП, аккумулятор, компьютер и коса, оснащенная 8 датчиками. В комплект аппаратуры подобраны датчики GS-20DX SUPER с улучшенными характеристиками с собственной частотой колебаний 10 Гц; достоверным частотным диапазоном 7 – 500 Гц. Период дискретизации составил 0,5-8 мс. Датчики позволяют регистрировать три составляющие виброскорости колебаний: вертикальную, горизонтальную вдоль оси пути и горизонтальную поперек оси пути.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Участок проведения экспериментов находился на 8520км перегона ст. Амур – ст. Хабаровск. Насыпь высотой 9,8 м сложена суглинками, откосы покрыты песчано-гравийным слоем, толщина щебеночного балласта 40 см. Скорость грузовых поездов по участку составляла 30-40 км/ч, пассажирских до 60 км/ч. Конструкция верхнего строения пути: рельсы Р65, скрепление ДО, эпюра шпал 2000 шт/км, шпалы деревянные, ширина колеи 1520 мм.

Полевой сезон начинался весной с момента начала небольшого оттаивания грунта и продолжался до поздней осени. Для регистрации амплитуды колебаний датчики устанавливались через каждые 2-3 м по поверхности откоса насыпи от бровки до подошвы земляного полотна. Полученные данные обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Влияние вибродинамического воздействия на земляное полотно определялось по величине виброперемещений и энергетической характеристики.

Анализ выполненных натурных измерений позволил сделать следующие выводы:

1. Ширина амплитудно-частотного спектра виброскорости вертикальных колебаний грунтов откоса насыпи высотой 9,8 м находится в частотном диапазоне от 10 до 62 Гц. В середине мая при глубине оттаивания грунта 1,2 м преобладают колебания с частотой 18-50 Гц, в конце июня при полном оттаивании грунта спектр сдвинут в область частот 45-60 Гц. К середине ноября частотный диапазон составляет 32-62 Гц. Изменение широты частотного диапазона связано с изменением влажности грунта. Весной в колебательный процесс вовлечены ослабленные грунты с более низкими частотами колебаний. Летом влажность грунтов уменьшается, что приводит к сужению частотного диапазона. Осенью верхняя часть земляного полотна подмерзает, происходит миграция капиллярной влаги в тело насыпи, что дает снижение нижней границы частот колебаний грунта.

2. При проходе по пути полувагонов с углем энергетическое воздействие меняется в течение сезона. На бровке земляного полотна высокий уровень энергетической характеристики весной после полного протаивания снижается в конце июня (момент относительной стабилизации насыпи) в 1,45 раз и остается практически неизменным до конца теплого сезона года. В летний период от бровки основной площадки до середины откоса наблюдается повышение энергетического воздействия на 10-50 %, в нижней части до 2,5 раз по сравнению с весной.

3. Распределение вибродинамического воздействия по откосу земляного полотна меняется в течение года и связано с изменением прочностных и деформационных свойств грунтов в теле насыпи (Рис. 1). В весенний период во время оттаивания грунта по всему откосу насыпи зарегистрирован повышенный уровень колебаний в среднем в 1,6 – 2 раза выше летнего уровня. Осенью с перемещением влаги в тело насыпи в верхней части наблюдается повышение вибродинамического воздействия по сравнению с летним на 30 – 40%, а в уровне подошвы до 80%.

Рис. 1. Изменение амплитуд вибросмещений частиц грунта в течение сезона (цифрами обозначены зависимости для датчиков 1 – 8, расставленные равномерно по откосу земляного полотна от бровки (датчик 8) до подошвы (датчик 1)).

По уровню максимального воздействия подвижного состава выделяются как минимум три временных периода: середина мая (соответствует максимальному воздействию), характеризующая весенний период – период интенсивного оттаивания грунтов насыпи; конец июня, характеризующая летний период – период полного оттаивания грунтов и относительной стабилизации земляного полотна; середина ноября --  осенний период – период начала промерзания и предзимнего повышения уровня воздействия.

4. Для выделенных периодов получены экспоненциальные зависимости изменения амплитуд вибросмещений частиц грунта в направлении поперек оси пути для весеннего, летнего и осеннего периодов. Затухание колебаний по откосу насыпи в направлении от бровки к подошве летом в 1,62 раза, а весной в 1,46 интенсивнее осенних.

Проведенные эксперименты и ранее полученные зависимости позволили сформировать три расчетные схемы для весеннего, летнего и осеннего сезонов. Эти схемы отличаются характером распределения уровня амплитуды вибросмещений частиц грунта в поперечном сечении земляного полотна. Для расчета напряженно-деформированного состояния земляного полотна в течение всего теплого периода получены математические зависимости, позволяющие учитывать сезонные изменения работы земляного полотна.

В третьей главе разработана математическая модель земляного полотна, учитывающая сезонные особенности колебательного процесса грунта при вибродинамическом воздействии поездов. Решение упругопластической задачи с критерием Кулона – Мора произведено с помощью программы FEM models разработанной в Санкт-Петербурге, методом конечных элементов.

В качестве основы использована статическая расчетная схема земляного полотна в объемной постановке со статическими значениями деформационно-прочностных характеристик грунта. Сформирована объемная схема нагрузки от 4-х осного полувагона с углем. Расчетами на первом этапе определено напряженно-деформированное состояние земляного полотна в статической постановке.

Динамическое воздействие поездов на земляное полотно учтено в расчетной схеме за счет изменения деформационно-прочностных характеристик грунта по зависимостям, предложенным . Снижение значений удельного сцепления С, угла внутреннего трения и модуля общей деформации Е зависит от уровня вибродинамического воздействия поездов. Для каждого временного периода весна, лето, осень решена динамическая упругопластическая задача.

Для оценки влияния учета сезонной динамики на напряженно-деформированное состояние земляного полотна произведено сравнение результатов расчета в статических условиях с результатами расчета, учитывающих сезонную динамику от воздействия подвижного состава.

Для выявления характера затухания упругих вертикальных деформаций и нормальных вертикальных напряжений земляного полотна в подрельсовом сечении построены соответствующие зависимости их по глубине z (Рис. 2. и рис.3.).

Рис. 2. Затухание упругих вертикальных деформаций по глубине в подрельсовой зоне от воздействия поездной нагрузки в статических условиях и с учетом динамики для весеннего, летнего и осеннего периодов (процентами показано увеличение значений для каждого сезона с учетом динамики относительно статики).

Упругие вертикальные деформации на уровне основной площадки (z=0,4 м) при учете динамического воздействия превышают деформации, полученные в статических условиях весной на 19 %, летом на 9,2%, а осенью на 13,7 % (Рис. 2). С глубиной эта разница сокращается. В слоях насыпи расположенных ниже 3 м упругие вертикальные деформации одинаковы и практически не меняются с учетом динамики.

Отличия уровня расчетных вертикальных напряжений, полученных при использовании статической расчетной схемы, от решений, полученных в динамической постановке, наиболее значительны на глубине от 0,6 м до 1,3 м от уровня основной площадки (Рис. 3).

а)                                                        б)

Рис. 3. Эпюра вертикальных нормальных напряжений в подрельсовом сечении: а) при действии статической нагрузки и с учетом вибродинамического воздействия в весенний, летний и осенний периоды; б) фрагмент эпюры на глубине от 0,6 до 1,3 м (процентами показано снижение значений для каждого сезона с учетом динамики относительно статики).

Полученная разница изменения величин напряжений и деформаций не подтверждает предположение об упругой работе грунтов земляного полотна в соответствии с законом Гука. Таким образом, можно сделать вывод о том, что именно в верхнем слое до 3 м под основной площадкой возможно возникновение остаточных деформаций в грунтах земляного полотна. Весенний период является наиболее неблагоприятным для насыпей. Учет динамики дает увеличение значений упругих деформаций насыпи до 19%.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4