CC BY
6УДК 625.7
К.Ю. Стригун
ПРИМЕНЕНИЕ УСТАНОВОК ДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ УПЛОТНЕНИЯ ГРУНТОВ
В работе автор описывают методику вычисления коэффициента уплотнения грунта земляного полотна по экспериментальным данным, полученным при помощи натурных испытаний установками динамического нагружения. Применение результатов исследования позволит сгущать сетку контроля коэффициента уплотнения, за счет чего повысится надежность испытаний и однородность степени уплотнения. Это приведет к повышению ровности покрытий и обеспечению требуемого уровня потребительских свойств автомобильной дороги на более продолжительном временном отрезке.
Ключевые слова: коэффициент уплотнения, коэффициент увлажнения, экспресс оценка степени уплотнения, установка динамического на-гружения.
При качественном уплотнении грунтов земляного полотна и правильно запроектированной дорожной одежде они работают в стадии уплотнения [1-4]. В стадии уплотнения грунты испытывают необратимые деформации, которые являются следствием изменения объема, но не сдвига [5-8]. Изменение объема связано со средним нормальным напряжениям линейно, а деформации сдвига зависят нелинейно от девиатора напряжений. Поэтому деформации уплотнения всегда меньше деформаций сдвига. Следовательно, обеспечение требуемой степени уплотнения грунта положительно влияет на ровность покрытия, к которой выдвигаются строгие требования [9-11], ограничения по глубине неровностей еще более строгие. В случае если величина коэффициента уплотнения оказывается меньше требуемых значений, то параметры прочности и деформируемости грунтов будут иметь более низкие значения, по сравнению с величинами, закладываемыми при проектировании в различных условиях пластичности [12-16]. Главные и касательные напряжения в грунтах, наоборот, будут иметь более высокие значения, по сравнению с вычисленными при проектировании [17-20]. Такое негативное влияние приводит к уменьшению величины безопасного давления на земляное полотно [21-23]. Деформации земляного полотна копируются основаниями из щебеночных материалов, которые испытывают собственные остаточные деформации [24, 25]. В результате ровность покрытия ухудшается, что негативно отражается на основных потребительских свойствах автомобильной дороги скорости и безопасности движения. Кроме того, при значительных деформациях оснований дорожных одежд в асфальтобетонном покрытии, копирующем эти деформации в теплый период года, возникают повреждения. Это приводит к тому, что для расчета покрытий дорожных одежд необходимо применять специальные критерии, учитывающие поврежденность структуры материала [26-28]. Поэтому совершенствование методов контроля степени уплотнения грунтов земляного полотна, характеризующейся величиной коэффициента уплотнения, является актуальной задачей исследований дорожной отрасли.
Решение этой задачи целесообразно выполнять развитием методов экспресс определения коэффициента уплотнения [29-32]. Такие методы обладают высокой производительностью, что позволяет существенно сгустить сетку контроля. Обзор различных приборов и методик экспресс оценки коэффициента уплотнения выполнен автором в работах [29, 32]. Анализируя методы экспресс контроля отметим, что наибольший интерес представляют установки динамического нагружения. При помощи таких установок определяют динамический модуль упругости грунта, который без особых проблем пересчитывается в статический (штамповый) модуль упругости.
Штамповый модуль упругости связан с коэффициентом уплотнения, относительной влажностью и параметрами грунта. В общем виде такую связь можно представить в виде уравнения:
_ ,Ь (а-ш2-а-ш)
Е = а - кЬ - е '. (1)
где ку - коэффициент уплотнения; W - (W=Wе/ Wт) относительная влажность; We - влажность грунта; Wт - влажность на границе текучести; а, Ь, с, и d - параметры материала или грунта.
© Стригун К.Ю., 2016.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 5(56). Т. II
Из анализа формулы (1) следует, что может быть решена обратная задача, то есть через модуль упругости грунта возможно вычислить его коэффициент уплотнения. Такой расчет выполняется по формуле.
k =
E
(2)
ic-W2-d-w)
a - e '
Методика измерений установками динамического нагружения подробно описывается в руководствах по их эксплуатации. Однако следует отметить, что большинство приборов производятся за рубежом и сопровождаются импортным программным обеспечением, в котором значения максимальной плотности выполнено стандартным или модифицированным методом Р. Проктора. Методику этих экспериментов можно изучить по материалам работы [33], в которой приведены коэффициенты перехода от максимальной плотности по Проктору к аналогичной характеристике, определяемой по методу стандартного уплотнения, используемого в РФ.
При контроле качества уплотнения грунтов удобно оперировать не относительной влажностью, а оптимальной влажностью Wо или коэффициентом увлажнения кувл. Эти параметры можно вычислить по формулам
Же
к = — ; Ж = а■ —, (3)
у т
где а - коэффициент перехода от оптимальной влажности к влажности на границе текучести, определяемый отношением их значений, установленных экспериментально по методам изложенных ГОСТ.
Используя зависимости (3) в выражении (2), получим формулу
К = ь
E
(4)
с["*увл ] 2
a - e
Зависимость (4) является обобщающей моделью расчета коэффициента уплотнения по вычисленному с использованием осадок, измеренных УДН, модулю упругости.
Библиографический список:
¡.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 1. Состояние вопроса: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 292 с.
2.Wichtmann T., Niemunis A. Triantafyllidis Th. Strain accumulation in sand due to drained cyclic loading: on the effect of monotonic and cyclic preloading (Miner's rule) // Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2010. Vol.30, No8, Pp.736 - 745.
3.Александров А.С. Применение теории наследственной ползучести к расчету деформаций при воздействии повторных нагрузок: монография. - Омск: СибАДИ, 2014. - 152 с.
4.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.
5.Александров А.С. Моделирование деформационных процессов, протекающих в связных грунтах // Наука и техника в дорожной отрасли. - 2002. - №4. - С. 16 - 19.
6.Золотарь И.А. К определению остаточных деформаций в дорожных конструкциях при многократных динамических воздействиях на них подвижных транспортных средств / И.А. Золотарь. - Санкт-Петербург: Изд-во ВАТТ, 1999. - 31 с.
7.Александров А.С. Совершенствование расчета дорожных конструкций по сопротивлению сдвигу. Ч. 2. Предложения: монография. - Омск: СибАДИ, 2015. - 262 с.
8.Семенова Т.В., Герцог В.Н. Пластическое деформирование материалов с дискретной структурой в условиях трехосного сжатия при воздействии циклических нагрузок // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2013. - №1 (29). - С. 68 - 73.
9. Александров А.С. Критерии расчета дорожных конструкций по ровности, допускаемые и предельные неровности // Вестник гражданских инженеров. - 2008. - №4. - С. 97 - 104.
10.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.
ь
11. Александров А.С., Гордеева С.А., Шпилько Д.Н. О допускаемых и предельных значениях неровностей асфальтобетонных покрытий дорожных одежд жесткого типа // Автомобильная промышленность. - 2011. - №2. - С. 31-35.
12.Калинин А.Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна. // Инженерно--строительный журнал - 2013. № 4 (39). - С. 35 - 45.
13. 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.
14. 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.
15.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.
16. 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.
17.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. 14 -17.
18.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.
19. 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.
20. 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.
21. Долгих Г.В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. - 2013. - №6 (34). - С. 43 - 49.
22. 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.
23.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.
24. 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.
25. 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.
26.Чусов В.В. Применение теории накапливания повреждений в условиях пластичности асфальтобетона для расчета дорожных покрытий по сопротивлению сдвигу // Молодой ученый. - 2016. - № 6 (110). - С. 221-227.
27.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.
28.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.
29.Стригун К.Ю. Методы экспресс-контроля качества строительства автомобильных дорог. Часть первая. Уплотнение грунтов земляного полотна. // Молодой ученый. - 2016. - № 6 (110). - С. 200-204.
30.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.
31.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.
32. 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.
33. 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.
СТРИГУН КСЕНИЯ ЮРЬЕВНА - магистрант кафедры «Строительство и эксплуатация дорог», Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, Россия.
