CC BY
9УДК 625.122
Ковалева А.А.
5 курс кафедра «Путь и путевое хозяйство» Ростовский государственный университет путей сообщения (г. Ростов-на-Дону, Россия)
РАСЧЕТ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ В СЛОЖНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
Аннотация: в первой части работы было выполнено построение расчетной схемы для определения устойчивости пойменной насыпи. Во второй части было выполнено построение расчетной схемы для определения напряжений в основании земляного полотна и расчета осадки. Проведенные расчеты и сделанные выводы позволят повысить стабильность насыпи и обеспечить безопасность движение поездов.
Ключевые слова: пойменная насыпь, коэффициент устойчивости, удельный вес грунта, гидродинамическая сила, напряжения от собственного веса грунта, напряжения от элементарных нагрузок, осадка основной площадки, уширение основной площадки.
Земляное полотно железной дороги является сложным грунтовым инженерным сооружением, которое служит основанием для верхнего строения пути, и от стабильности насыпей и выемок зависит надежность и безопасность движения поездов. Следовательно, при изучении железнодорожного пути целесообразно выполнить проектирование сложного объекта земляного полотна, например, высокой подтопляемой пойменной насыпи второго пути (у раздельного мостового перехода). Для обеспечения стабильности пойменной насыпи следует выполнять
расчеты необходимой устойчивости откосных зон насыпи от смещений, укрепления их от размывов, прогнозных осадок основания насыпи. [1].
Поперечный профиль пойменной насыпи проектируется по условию обеспечения ее устойчивости. Поперечный профиль насыпи (рис. 1) вычерчиваем по типовым очертаниям (mt = 1,5, т2 = 1,75, т3 = 2,0). Берма размещается на уровне Ннк. Нагрузки рп, рвс заменяем эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта шириной Ьэ = Ьп = 2,70 м, высотой hn :
К = (рп + Рвс • Ьвс/Ьп) / ун = (70,00 + 16,00- 4,60 / 2,70) / 19,45 = 5,00 м. Коэффициент устойчивости насыпи из глинистых грунтов определяется графоаналитическим способом при круглоциллиндрической поверхности смещения [1, 4]. Графически определяют размерные параметры bt., hi-1, ht площадей . отсеков, частей отсеков насыпи неувлажненных шн (выше кривой депрессии), увлажненных и>нв (ниже кривой депрессии), увлажненного основания шосв. Измеряют радиус R, проекции радиуса xt для каждого отсека, определяют синусы, косинусы углов fa между направлениями вертикальных векторов веса и радиуса для каждого отсека. Измеряют центральные углы ан,
, , nRa;
анв, аосв, длины основания отсеков Ц или вычисляют длины кривых iai =-=
180
X li. Вносим все, найденные на схеме, данные в таблицу 1.
Таблица 1. Расчетные показатели коэффициента устойчивости.
Наименование Значения расчетных показателей по отсекам Сумма
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
xi, м 27.34 25.04 21.35 16.85 12.85 8.99 6.99 3.26 3.93
sin Pi = Xi/R 0.8161 0.7475 0.6373 0.5030 0.3836 0.2684 0.2087 0.0973 0.1173
cos Pi 0.5779 0.6643 0.7706 0.8643 0.9235 0.9633 0.9780 0.9953 0.9931
bi, м 2.70 1.90 5.47 3.50 4.57 3.06 0.94 6.52 7.86
K(i-i)>м 5.00 3.99 6.19 7.25 5.08 2.71 2.87 2.92 -
hHi, м 8.99 6.19 7.25 5.08 2.71 2.87 2.92 0.00 -
,м2 18.89 9.67 36.76 21.58 17.80 8.54 2.72 9.52 -
Qui == YH^Hi, кН 367.34 188.10 714.95 419.68 346.21 166.05 52.93 185.15 -
Qui cos Pi 212.29 124.96 550.94 - - - - - - 888.18
Qrn sin Pi 299.80 140.60 455.65 - - - - - - 896.04
hнв(i-1), м - - - 0.00 1.90 3.60 4.32 4.27 3.93
Кв1, м - - - 1.90 3.60 4.32 4.27 3.93 0.00
Ш'нв1, м2 - - - 3.33 12.57 12.12 4.04 26.73 15.44 74.22
Q НБ1 = УнБ^'нБЬ ■ КН - - - 33.92 128.19 123.60 41.18 272.67 157.54
Qнвi Qнí + Q нв1 - - - 453.60 474.40 289.65 - - -
Qнвí соб & - - - 392.04 438.11 279.02 - - - 1109.18
бШ р1 - - - 228.15 181.97 0.27 - - - 410.39
Кс(1-1)> м - - - - - - 0.00 0.21 0.89
Кы, м - - - - - - 0.21 0.89 0.00
ш''ос1, м2 - - - - - - 0.10 3.59 3.50 7.18
Q оС = Гос^''оЫ, кН - - - - - - 0.95 34.43 33.58
Qосi Qнi + Q нв1 + V 'оа - - - - - - 95.06 492.24 191.12
дось СОБ р1 - - - - - - 0.93 34.26 33.35 68.54
^ос1 Б1п Рь/сд - - - - - - 19.83 47.90 - 67.74
^ос1 Б1п Рь/уд - - - - - - - - 22.42 22.42
Коэффициент устойчивости рассчитывается по формуле:
Кус = Муд/Мсд = ^ Руд1 /РСД1
где Муд, Мсд — моменты удельного сдвига сил.
В развернутом виде вычислительная формула имеет следующий вид:
Кус = • СОБ к) + в !,№НБ1 • СОБ &) + ^св &ив1 • СОБ &) + 1н1 +
^нв X ^нвЬ + ^осв X ^освЬ + • ^Рь )уд / [^И! • ) + х QИБi • БШ ) +
• А)сд + Ргд\.
Кус = 1,36.
Кус > Кзд = 1,2 , следовательно, насыпь устойчива. Принимаем поперечный профиль пойменной насыпи типовых очертаний с бермой шириной 4 м. Вертикальная осадка основания Бос (рис.2), вызываемая возведением насыпи, определяется на основе теории компрессионного уплотнения как сумма осадок Х^ слоев грунта основания в зоне разбивки его на слои Ь и, возможно, дополнительной 5дб в ниже расположенной зоне:
Величина осадки каждого слоя равна
$ = т^ Ь
где ^ - относительная осадка слоя, ^ = (епр1 — /(1 + епр1), Ь - толщина слоя (основания), Ь = + у¿_х.
епр1 - природные (до возведения насыпи), определяются по компрессионной кривой грунта основания при известных напряжениях от собственного веса массива основания апр^,
е01 - расчетные (после возведения насыпи) при известных суммарных напряжениях от собственного веса грунта основания <гу1 и возведения (элементарных ру нагрузок) насыпи XV ^■ Влиянием временной поездной нагрузки рп на основание высокой насыпи и от верхнего строения пути рвс можно пренебречь (ввиду их малости). Величина вертикальной осадки основной площадки насыпи
^оп ^по^ос Кпо^И
где апо — доля полной осадки, реализуемой после возведения насыпи, Кпо —коэффициент погашения осадки основания в теле насыпи.
Таблица 2. Расчет прогнозируемых осадок насыпи.
Расчетные величины Значения расчетных величин в точках по оси пути
0 1 2 3 4
1 2 3 4 5 6
У\., м 0,00 1,00 5,00 10,00 15,00
^ = У1- у 1-1, м 0,00 1,00 4,00 5,00 5,00
Определение епщ 17,50 17,50 17,60 18,05 18,41
У'пр1, кН/м3
°пр1 = °прЦ-1) + 0,5 * *(у' ■ V пр1 + У'прц-1) ,кПа 0,00 17,50 87,68 176,79 267,94
епр1 пРи °пр1 0,772 0,762 0,718 0,684 0,658
у'прь = №ос/(1 + ^)] * *(1+1№), кН/м3 17,50 17,60 18,05 18,41 18,70
Определение е01 307,31 307,31 301,16 265,76 228,34
, кПа
у'01, кН/м3 18,80 18,80 18,85 19,01 19,10
= аг(1-1) + 0,5 * * {У 01 + г'оЦ-1) ,кПа 0 18,80 94,10 188,75 284,03
Оо1 = + , кПа 307,31 326,11 395,27 454,51 512,37
е01 при Со1 0,649 0,645 0,631 0,623 0,616
Определение У'о1 = [(У*ос/(1 + ^)] * *(1+1№), кН/м3 18,80 18,85 19,01 19,10 19,19
т = {епр1 - ео1)/(1 + ^пр1) 0,069 0,066 0,051 0,036 0,025
= 0,5(^/ + , м - 0,07 0,23 0,22 0,15
Определяем 5дб = 0,5 • 0,025 • 17 = 0,21. Полная осадка основания насыпи по оси пути:
Бос = (0,07 + 0,23 + 0,22 + 0,15) + 0,21 = 0,88 м. Осадка основной площадки насыпи:
5оп = 0,64 • 0,88 - 0,001 • 15,80 = 0,55 м.
Для компенсации осадки, обеспечения проектного положения пути (у моста), принимается подъемка пути па балласт па величину осадки основной площадки. Тогда величина необходимого уширения основной площадки насыпи при показателе крутизны откоса балластной призмы ть равна:
Ьуш = 2 • ть • 5оп = 2 • 1,5 • 0,55 = 1,65 м. Полная ширина основной площадки насыпи:
Вуш = Воп + Ьуш = 6,5 + 1,65 = 8,15 м. Выполненный комплекс мероприятий позволит обеспечить стабильность земляного полотна и повысит движение поездов.
Рис. 1. Расчетная схема для определения напряжений и расчет осадок насыпи.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Железнодорожный путь: учебник / Е.С. Ашпиза, А.И. Гасанов, Б.Э. Глюзберг и др., под ред. Е.С. Ашпиза. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2013. - 544с. СП 32-104-98 Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм;
2. Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути утв. Распоряжением ОАО «РЖД» от 31.03.2023 г №797/р;
3. Ф Грицык В. И.Проектирование пойменной насыпи и оздоровления выемки: Учеб. пособие. - Ростов н/Д: Рост. гос. ун-т путей сообщения, 2003. - 64 с.
Kovaleva A.A.
Rostov State Transport University (Rostov-on-Don, Russia)
CALCULATION OF A FLOODLAND EMBARK IN COMPLEX HYDRODYNAMIC CONDITIONS
Abstract: in the first part of the work, a calculation scheme was constructed to determine the stability of the floodplain embankment. In the second part, a calculation scheme was constructed to determine the stresses at the base of the subgrade and calculate the settlement. The calculations carried out and the conclusions drawn will improve the stability of the embankment and ensure the safety of train traffic.
Keywords: floodplain embankment, stability coefficient, specific gravity soil, hydrodynamic
force.
