CC BY
40
4. Финн В. К. О машинно-ориентированной формализации правдоподобных рассуждений в стиле Ф. Бэкона - Д.С. Милля // Семиотика и информатика. - 1983. - Вып. 20. - С. 35-101.
5. ДСМ-метод автоматического порождения гипотез / Под ред. О.М. Ан-шакова. - М.: Либроком, 2009.
6. Котельников Е.В. Опыт применения ДСМ-метода для определения тональности текста // Труды Тринадцатой национальной конференции по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2012. Т. 1. -Белгород: Изд-во БГТУ 2012. - С. 135-142.
7. Sebastiani F. Machine learning in Automated Text Categorization // ACM Computing Surveys. - 2002. - Vol. 34. - P. 1-47.
8. Kuznetsov S.O., Obiedkov S.A. Comparing Performance of Algorithms for Generating Concept Lattices // Journal of Experimental and Theoretical Artificial Intelligence. - 2002. - Vol. 14. - P. 189-216.
9. Krajca P., Outrata J., Vychodil V Parallel algorithm for computing fixpoints of Galois connections // Annals of Mathematics and Artificial Intelligence. -2010. - Vol. 59 (2). - P. 257-272.
10. Kohavi R. A Study of Cross-Validation and Bootstrap for Accuracy Estimation and Model Selection // Proceedings of the Fourteenth International Joint Conference on Artificial Intelligence. - 1995. - No. 2 (12).
11. Российский семинар по оценке методов информационного поиска РОМИП [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://romip.ru.
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ИЗ ДИСКРЕТНЫХ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
© Ращектаев В.А.*, Кручинин И.Н.4
Уральский государственный лесотехнический университет, г. Екатеринбург
В статье описаны процессы формирования структурных связей в слоях оснований дорожных одежд из дискретных материалов и представлены материалы исследований изменения физико-механических свойств легкоуплотняемых каменных материалов.
Ключевые слова: уплотнение, известняковый щебень, дискретный материал, структурные связи, основание дорожной одежды, виброкатки, циклы нагружения.
Наиболее распространенным материалом оснований дорожных одежд являются дискретные каменные материалы. При устройстве слоев основа-
* Аспирант, инженер II категории ОАО «УралГИПРОДОРНИИ».
* Доцент кафедры Транспорта и дорожного строительства, кандидат технических наук.
нии и покрытии дорожных одежд их применяют преимущественно в виде щебня различного гранулометрического состава. При этом современные нормативные документы оценивают лишь прочность, размер и форму зерна каменного материала. В тоже время при производстве работ обычно оценивают готовое основание либо только по модулю упругости, либо по косвенным признакам, например по отсутствию следа после прохода катка. Подобный подход к оценке качества работ не учитывает изменение физико-механических характеристик щебеночных основании.
Под материалом с дискретной (зернистой) структурой подразумевается такои материал, сила внутренних связеи частиц которого многократно превышает их внешнюю связь между собой. Такому материалу характерны свойства сыпучих сред. По одному из наиболее полных определений к ним относится ряд физических тел, состоящих из множества отдельных более или менее однородных частиц, которые по физическим свойствам занимают промежуточное положение между твердыми телами и жидкостями [1].
Распределение нагрузок в дискретном материале описывается контактной теорией, которая основана советским ученым Г.И. Покровским. В ней принимается, что в сыпучем теле давление от одной частицы к другим передается при помощи системы точек контакта и чем их больше, тем больше сопротивление сыпучего тела воздействию силы, а, следовательно, меньше значение приращения относительной деформации ёв. При этом при сжатии без бокового расширения возможно только уменьшение межзерновой пус-тотности с увеличением числа точек контакта, а при сдвиге - наоборот (приложение большей силы приводит к уменьшению этого числа). Увеличение числа контактов с одной стороны приводит к увеличению приращения давления ёр, а с другой - к уменьшению этого приращения. В простейшей форме этот процесс можно выразить дифференциальным уравнением [1]:
ь
1 1
(Рс+Р)" (л - рУ
(1)
где Ь - величина, характеризующая жесткость сыпучего тела; в - относительная деформация; рс - начальное уплотнение; р, - предел несущей способности;
п и т - показатели степени, зависящие от размера и формы частиц, которые характерны различным видам дискретного материала и характеризующие число контактов.
Структура и прочность слоя из таких материалов зависит от механического взаимодействия между его составными частицами. Если принять, что все частицы имеют шарообразную форму, наибольшее возможное число
связей между ними составит 12 [1]. При этом для сохранения своего кинематического состояния (объем и форма) их минимально необходимое число равно шести (для каждой частицы), где каждый контакт между частицами эквивалентен трем связям, и если число контактов будет неизменным, деформации не произойдет.
В процессе уплотнения каменный материал изменяет свой зерновой состав. Согласно классической теории подобия В.Л. Кирпичева и статической теории прочности с уменьшением объема образца удельная работа разрушения (работа на ед. объема) увеличивается. Следовательно с уменьшением размеров частиц сопротивление нагрузкам должно возрастать. Но при уменьшении размера частиц увеличивается число контактов и при этом уменьшается пространственная решетка - контактные усилия распределяются и становятся меньше по величине.
Для определения величин контактных усилий в зависимости от размеров частиц рассмотрим пространственную систему сил (рис. 1), представляющую распределение усилий от автомобиля вверху слоя из дискретного материала, имеющую следующие допущения:
- уложенный слой состоит из одномерных плотно расположенных частиц сферической формы;
- межзерновые пустоты не заполнены и все частицы имеют точки взаимного касания;
- на слой действует постоянная равномерно распределенная нагрузка;
- частицы являются абсолютно твердыми телами и их деформации не учитываются.
А-А
Рис. 1. Схема плотного расположения одномерных сферических частиц зернистого материала
В этом случае, В.В. Мелеванский предлагает оценивать усилие на кон тактах между верхней частицей и каждой из трех нижних, на которые она опирается в виде [2]:
Усилия, воспринимаемые частицами, составляющими каркасную решетку, при незаполненных порах пропорциональны квадрату их диаметра и с уменьшением размера зерен эти усилия уменьшаются по квадратичной зависимости.
При изменении зернового состава в процессе уплотнения, верхние частицы упираются в нижележащие и расклинивают их. Контактные усилия в этом случае будут иметь другие значения, которые в общем виде можно определить рассмотрев положение равновесия клина (рис. 2).
Рис. 2. Схема усилий при вдавливании частиц в верхнем слое
Наибольшую величину усилия, когда верхнее зерно опирается на два нижних, обычно оцениваю по выражению:
И = — рйй2 И 0,35рйй
4
-2
(2)
N
Я
где /}- угол клина;
/- коэффициент трения; Q - давление катка.
При изменении зернового состава малопрочного каменного материала есть опасность того, что образующаяся в результате каменная мелочь будет переувлажнена и тем самым снизит несущую способность основания. Поэтому при работе с известняковым щебнем весьма важно сохранить их зерновой состав в процессе уплотнения, так как крупные фракции щебня лучше сопротивляются воздействию природно-климатических факторов [3].
При заполнении пространства между зернами более мелким материалом усилия будут распределяться между большим числом зерен, а в предельном случае - по всей поверхности зерен и удельное давление будет значительно меньше чем в каркасе с незаполненными пустотами.
Проведен ряд экспериментальных исследований с известняковым щебнем (фр. 20-40, марка по дробимости 400) в ходе которых построены кривые зернового состава в зависимости от циклов нагружения [5]. Полученные данные приведены в табл. 1 и на рис. 3.
Таблица 1
Изменение зернового состава щебня производства ЗАО «Известь Сысерти» при моделировании уплотнения вибрационным катком массой 14 т
Цикл нагружения Количество частиц меньше фракции
40 20 10 5 0
3 100 39,5 20,4 12,6 0
5 100 44,1 23,7 15,3 0
7 100 49,4 27,5 18,0 0
10 100 56,3 31,4 21,2 0
15 100 61,2 37,3 25,3 0
20 100 63,7 39,9 28,1 0
2 ® ¡5 =г 60
0 &
| I 50 ^ ^ 40
в 130
1 20 &
ч
О Ю
ж Зцикл ■ 5 цикл
=-0= 7 цикл - - — 10 цикл
уЛ Ч чХ.
\\\ Ч \ X. ХХ^
"Ч. Ч \\ X N ^чОЧ.
^"И щ.""^11" ''».I, > "X
Крупность зерен щебня, мм
Рис. 3. Изменение зернового состава известнякового щебня производства ЗАО «Известь Сысерти» от приложенной нагрузки
Установлено, что при уплотнении оснований из известнякового щебня виброкатком среднего веса за 10 проходов материал измельчается до такой степени, что его гранулометрический состав входит в зону оптимального состава щебеночно-песчаных смесей, установленного ГОСТ 25607-2009. Следовательно, для того чтобы сохранить первоначальный зерновой состав и целостность каркасной решетки при уплотнении данного вида щебня, необходимо использовать меньшую уплотняющую нагрузку.
При различных нагрузках достигается различная плотность каменного материала, которая также может характеризоваться по параметру остаточной межзерновой пустотности. В табл. 2 представлены зависимости остаточной пустотности от уплотняющей нагрузки для ЩПС фракции 0-80 мм [4]. Следует отметить, что остаточная пустотность ЩПС по ГОСТ 25607 не должна превышать - 12-14 %.
Таблица 2
Определение остаточной пустотности ЩПС фракции 0-80 мм
Уплотняющая нагрузка на ЩПС от пресса, МПа Остаточная пустотность, %
2,83 26,6
5,83 22,9
8,49 19,4
11,32 15,6
14,15 13,8
16,98 11,9
19,81 10,0
22,64 8,1
Рис. 4. Изменение остаточной мезжерновой пустотности ЩПС фракции 0-80 мм из осадочных пород ООО «Комбинат строительных материалов» в зависимости от уплотняющей нагрузки
Выводы:
Для оценки качества работ по устройству щебеночных оснований целесообразно учитывать изменение физико-механических характеристик материала и подбирать соответствующую уплотняющую нагрузку, таким образом, чтобы частицы материала выдерживали возникающие между ними контактные усилия при уплотнении и не разрушались в последствии за счет остаточных деформаций.
В результате исследований установлено, что изменения межзерновой пустотности у щебеночных материалов различных фракций имеют общую тенденцию. Учитывая величину остаточной межзерновой пустотности, выбрав при этом уплотняющую нагрузку можно добиться определенного увеличения контактных усилий между частицами и тем самым повысить прочность конструкции.
Список литературы:
1. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел [Текст]. - М.: Строй-издат, 1977.
2. Мелеванский В.В. Дорожные основания и покрытия из малопрочных известняков [Текст]. - М.: Транспорт, 1971.
3. Бейшер Р.В. Местные материалы в дорожном строительстве [Текст]. -Архангельск: Северо-Западное книжное издательство, 1978.
4. Отчет о научно-исследовательской работе по теме: «Разработка стандарта организации на устройство щебеночных оснований автомобильных дорог с применением осадочных пород, добываемых (производимых) ООО «Комбинат строительных материалов»: 1456-НИОКР / ОАО «ГИПРОДОР-НИИ». Уральский филиал «УралГИПРОДОРНИИ». - Екатеринбург, 2011.
5. Кручинин И.Н., Ращектаев В.А. Особенности взаимодействия уплотняющей техники с каменными материалами при строительстве щебеночных оснований автомобильных дорог // Сб. науч. тр. ОАО «ГИПРОДОРНИИ». -Екатеринбург, 2013.
