CC BY
92223-4047 Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
УДК 625.7
А.В. Долгих
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПЕРВОЙ КРИТИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ НА МАТЕРИАЛЫ И ГРУНТЫ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ. ЧАСТЬ 1 ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО
В работе автор описывают вывод формул о первой критической нагрузки на грунты земляного полотна. Для этого выполнен анализ способов расчета предельных нагрузок, применяемых в механики грунтов, которым относя методы линейно деформируемой среды, предельного равновесия грунтов и поверхностей скольжения. На основе анализа традиционного критерия расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу показано, что его аналогом является метод линейно деформируемой среды. Схема вывода формул по этому методу принята автором для расчета.
Ключевые слова: условие пластичности, критическая нагрузка, безопасное давление.
В практике дорожного строительства для обеспечения сопротивления грунтов земляного полотна сдвигу применяют методы проектирования [1] и способы строительства, связанные с качественным уплотнением грунтов и строгим контролем качества [2-5], который выполняют даже в обратных засыпках водопропускных труб [6].
Конечно же, что наибольший интерес представляют методы проектирования дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу, в основе которых механика грунтов, а именно расчет критических нагрузок [7]. В соответствии с классификацией В.Г. Березанцева формулы расчета критических нагрузок подразделяют на методы: линейно деформируемой среды, поверхностей скольжения и теории предельного равновесия грунтов. Метод линейно деформируемой среды состоит в том, что формула безопасного давления выводится непосредственно из уравнения предельного состояния записанного для оригинального критерия Кулона - Мора. Метод поверхностей скольжения заключается в применении линий скольжения различных форм [7, 8], для которых определяют моменты сдвигающих и удерживающих сил. Суть метода предельного равновесия грунтов состоит в решении системы канонических уравнений, которая для плоской задачи дается двумя дифференциальными уравнениями В.В. Соколовского [9], замыкаемым условием пластичности.
Расчет грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу, выполняют проверкой условия [1]:
Т
Т <-доп- (1)
а и
Кпрт
где Та - активное напряжение сдвига, возникающее от воздействия расчетной (подвижной) нагрузки, МПа; Тдоп - допускаемое напряжение сдвига, МПа; к - коэффициент, учитывающий снижение сопротивления грунта сдвигу под агрессивным действием подвижных нагрузок, колебаний и т.д.; Кпр т -коэффициент прочности при расчете по сдвигу, зависящий от требований к эксплуатационным качествам дорожной одежды.
В традиционном расчете касательные напряжения вычисляются из оригинального условия пластичности Кулона-Мора. Отметим, что если в формулу касательных напряжений подставить выражение для вычисления главных напряжения и решить, полученное уравнение относительно величины давления, то для предельного состояние это давление определяет его безопасную величину по критерию Кулона-Мора. Поэтому метод расчета касательных напряжений, применяемый в проектировании дорожных конструкций аналогичен методу линейно деформируемой среды, используемому в практике расчета оснований фундаментов или дорожных насыпей. Реализуя этот метод, авторы модифицируют оригинальные условия пластичности и модели расчета главных напряжений, а выполнив такие модификации, предлагают новые формулы расчета безопасного давления [10-12]. В работах [13-16] в основу вывода формул
© Долгих А.В., 2016.
Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
ISSN 2223-4047
безопасного давления положено условие пластичности Г.К. Арнольда, представляющее собой эмпирическую модификацию критерия Кулона-Мора. В работах [17] применяется модифицированный критерий Писаренко-Лебедева, для вывода которого применен способ, изложенный в публикациях [18, 19]. В работе [20] предложены трехпараметрические условия пластичности Кулона-Мора, являющиеся модификацией оригинального критерия путем ввода третьего параметра. В.В. Чусов рассматривал возможность использования различных эмпирических критериев [21]. Независимо от принятого условия пластичности в нем необходимо рассчитать главные напряжения. Такой расчет выполняют по общепринятым [22] или по модифицированным моделям [23-26].
Выполнив анализ различных формул расчета безопасных давлений, отметим, что с повышением строгости расчета, он становится более сложным и менее практичны. Поэтому выбирая в качестве критерия оценки формулы точность требуемую в инженерных расчетах и практичность для применения в проектировании выбор остановим на формул!, полученную в работах [11, 13-16], которая имеет вид:
Рб - , , .хЧ-1,5
/2 [ Я , ф
( \ 2•c • cos ф
1 -
1 + ctg2
V V^ 2 JJ w
f
1-
si^ - ^ (l-yj1 - K2 ) (1 + миф)
(2)
где Kj - коэффициент затухания максимального главного напряжения по глубине сечения, расположенного по оси симметрии нагрузки (определяется по одной из формул работ [13-16]); с и ф - сцепление и угол внутреннего трения грунта, МПа и град. соответственно; ц - коэффициент Пуассона.
Давление от транспортной нагрузки, воспринимаемое покрытием и перераспределяемое дорожной одеждой на земляное полотно, не должно превышать безопасное давление, рассчитываемое по формуле (2).
В заключении отметим, что расчет по сопротивлению сдвигу является обязательным, но он не дает ответа на вопрос, а какие пластические деформации возникнут в земляном полотне, и как они повлияют на ровность покрытия. Поэтому рекомендуемый автором расчет необходимо сопровождать вычислением необратимых деформаций. В этих целях можно использовать решения, полученные в работах [27-30], сравнивая накопленную пластическую деформацию с предельными глубинами неровностей (см. работу [31]). Так же отметим, что ряд рассмотренных нами грунтовых условий пластичности, подвергся модификации, состоящей в учете особенности твердых тел накапливать повреждения. После такой модификации эти критерии рекомендованы для расчета асфальтобетонных покрытий [32, 33].
Библиографический список:
1.ОДН 218.046-01. Проектирование нежестких дорожных одежд.- М.: ГСДХ Минтранса России, 2001. -
146 с.
2. Александрова Н.П., Троценко Н.А. Применение измерителя жесткости грунта Geogauge для оценки качества уплотнения при операционном контроле // Вестник СибАДИ, 2014, № 3 - С. 40 - 47.
3.Семенова Т.В., Долгих Г.В., Полугородник Б.Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конусного пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ, 2014, № 1 -С. 59 - 66.
4. Александрова Н.П., Семенова Т.В., Стригун К.Ю. Совершенствование методов экспресс оценки качества уплотнения грунтов земляного полотна строительства автомобильных дорог / Н.П. Александрова, // Вестник СибАДИ. - 2015. - № 4. - С. 46-57.
5. Александрова Н.П., Семенова Т.В., Долгих Г.В. Методы определения максимальной плотности грунтов земляного полотна автомобильных дорог [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие - Электрон. дан. -Омск: СибАДИ, 2015. - Режим доступа: http: // bek.sibadi.org/fulltext/ESD53.pdf, свободный после авторизации. -Загл. с экрана.
6.Александров А.С., Семенова Т.В. Технология строительства водопропускных труб автомобильных дорог [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие - Электрон. дан. - Омск: СибАДИ, 2014. - Режим доступа: http: // elibrary.ru/download/38343026.pdf, свободный после авторизации. - Загл. с экрана.
7.Березанцев В.Г. Расчет прочности оснований сооружений / В.Г. Березанцев. - Ленинград: 1960. - 137 с.
8.Феллениус, В. Статика грунтов: пер. с нем. П.С. Рубан. - М.; Л.: НКТП-СССР-Гостройиздат, 1933. - С. 4593.
9.Соколовский В.В. Статика сыпучей среды / В.В. Соколовский. - М.: Изд-во физико-математической литературы, 1960. - 242 с.
Ю.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 1. Состояние вопроса: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 292 с.
1
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
11. Долгих Г.В. Расчет нежестких дорожных одежд по критерию безопасных давлений на глинистые грунты земляного полотна // Автореф. Дис. ... канд. техн. наук. - Омск: СибАДИ. - 2014. - 20 с.
12. Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 2. Предложения: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 262 с.
13.Долгих Г.В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2013. - №6 (34). - С. 43-49.
14. Александров А.С., Долгих Г.В. Калинин А.Л. Один из путей совершенствования расчета дорожных одежд по условию сопротивления сдвигу в грунте земляного полотна // Модернизация и научные исследования в транспортном комплексе. - Перьм: Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2013. -С. 9-22.
15.Долгих Г.В. Применение критерия безопасных давлений для расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу в грунте земляного полотна // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия - ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. - С. 176-182.
16. Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. О допускаемых давлениях на грунты земляного полотна и слои дорожной одежды // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2012. № 2. - С. 10-13.
17.Калинин А.Л. Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях. Часть 1. Модификация критерия Писаренко-Лебедева и его применение при расчете касательных напряжений // Молодой ученый. - 2016. - № 6 (110). - С. 108-114.
18. Александров А.С., Долгих Г.В. Калинин А.Л. Модификация критериев прочности сплошной среды для расчета грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». - Омск: СибАДИ, 2013. - С. 228-235.
19. Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. Применение критерия Друкера - Прагера для модификации условий пластичности // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2013. № 2. - С. 26-29.
20. Александров А.С., Калинин А.Л. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Часть 1. Учет деформаций в условии пластичности Кулона - Мора // Инженерно-строительный журнал. -2015. № 7 (59). - С. 4 - 17.
21.Чусов В.В. Перспективы применения эмпирических условий пластичности грунтов и определение их параметров при трехосных испытаниях грунтов Вестник ВолГАСУ. - 2015. № 4 (61). - С. 49-57.
22.Foster, С.Я., Ahlvin R.G. Stresses and deflections induced by a uniform circular load. // Proc. Highway Research Board. - 1954. - Vol. 33. - P. 236 - 246.
23. Александров А.С., Александрова Н.П., Долгих Г.В. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в дорожных конструкциях из дискретных материалов // Строительные материалы. - 2012. - № 10. - С. 1417.
24. Александрова Н.П. Модифицированные модели для расчета главных напряжений в грунте земляного полотна // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Омск, 2013. - С. 236 - 246.
25. Александрова Н.П., Семенова Т.В., Долгих Г.В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СИБАДИ. - 2014. - № 2 (36). С. 49-54.
26. Александров А.С. Один из путей расчета минимальных главных напряжений в грунтах земляного полотна / А.С. Александров // В сборнике: Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО «СибАДИ». - Омск, СибАДИ, 2013. - С. 217-228.
27.Семенова Т.В., Гордеева С.А., Герцог В.Н. Определение пластических деформаций материалов, используемых в дорожных конструкциях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. - 2012. - №4 (37). - С. 247-254.
28.Александров А.С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. - Омск: СибАДИ, 2014. - 152 с.
29.Александров А.С., Киселева Н.Ю. Пластическое деформирование гнейс - и диабаз материалов при воздействии повторяющихся нагрузок // Известия высших учебных заведений. строительство. - 2012. - №6. - С. 49-59.
30.Александров А.С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки // Инженерно--строительный журнал. - 2013. - №4 (39) - С. 22-34.
31.Герцог В.Н., Долгих Г.В., Кузин В.Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. - 2015. - №5 (57) - С. 45-57.
32. Александрова Н.П., Александров А.С., Чусов В.В. Модификация критериев прочности и условий пластичности при расчетах дорожных одежд // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. -2015. № 1 (41). - С. 47 - 54.
33. Александрова Н.П., Александров А.С., Чусов В.В. Учет поврежденности структуры асфальтобетона в критериях прочности и условиях пластичности // В сборнике: Политранспортные системы материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия - ЕС. Новосибирск: СГУПС, 2015. - С. 219-225.
ДОЛГИХ АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ - магистрант кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия.
