CC BY
3
УДК 656.13/73.31.41
Никифоров Д.И. студент магистратуры Подорожников С.Ю., к.т.н.
доцент
Тюменский индустриальный университет
Россия, г. Тюмень РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДОРОЖНОГО
ПОЛОТНА
Аннотация: В статье приведен метод математической модели дорожного полотна, поскольку при строительстве автозимников снег искусственно уплотняется. Необходимо, чтобы получился прочный плотный слой, который выдерживал бы нагрузку от транспортных средств.
Ключевые слова: математическая модель, дорожное полотно, строительство, автозимники, прочный плотный слой, транспортные средства.
Master student Nikiforov D.I.
Ph.D., associate professor Podorozhnikov S. Yu.
DEVELOPMENT OF A MATHEMATICAL MODEL OF ROAD
CANVAS
Abstract: The article describes the method of the mathematical model of the roadway, since snow is artificially compacted during the construction of winter winters. It is necessary that a strong dense layer is obtained that can withstand the load of vehicles.
Keywords: mathematical model, roadbed, construction, car winters, strong dense layer, vehicles.
Плотность снега в колее снегохода редко превышает 500 кг/м3; максимального значения она достигает после нескольких проходов транспортного средства. При строительстве автозимников плотность порядка 600 кг/м3 создается путем уплотнения выпадающего снега. Установлено, что изменение плотностей и связанные с этим процессы приводят к увеличению теплопроводности снега примерно в 12 раз [1].
Следовательно использование снега в качестве материала дорожного полотна требует точной характеристики снежного покрова: плотности, прочности, влажности, температуры снега и окружающей среды и т.д.
Увеличение плотности снега сверх 750 кг/м3 возможно лишь при сдавливании частиц фирнового снега вплоть до слияния их в монолитный лед. Плотность снега 500-600 кг/м3 получается в колее после нескольких проходов транспортного средства. Влажность снега характеризует количество содержащейся в нем жидкой фазы и имеет большое значение при формировании полотна дороги. Относительная влажность снега в основном
зависит от его температуры и для свежевыпавшего снега может колебаться от 1% до 25%. Относительная влажность в % W слежавшегося снега может быть определена по формуле [2]
W= 14,11 -1,7151 (1)
где 1 - модуль температуры снега в градусах Цельсия. Каждому значению относительной влажности соответствует значение максимально возможной плотности снега, определяемое по формуле
р= 0^0,2. (2) Несущая способность снега, обеспечивающая возможность движения по нему транспорта, зависит от толщины снежного покрова, его плотности, структуры и температуры. Для оперативной оценки несущей способности снега и льда применяют конический пенетрометр, называемый зондом Хефели. Он состоит из полой трубки длиной 100 мм и диаметром 20 мм, оканчивающейся конусом, и расположенных над трубкой направляющего стержня и груза-ударника. Трубка имеет миллиметровые деления. Конус имеет диаметр основания 40 мм и высоту 35 мм. Сумма масс пенетрометра и груза составляет 1 кг. По принципу действия зонд Хефели аналогичен ударнику ДорНИИ.
Результатом применения конического пенетрометра является индекс твердости Я, рассчитываемый по формуле
( Ж • к • п Л
Я = ВД) • п + Ж + 0
I * ) (3)
где Ж и б - соответственно, масса груза и пенетрометра, кг; И - высота падения груза, мм; г - глубина внедрения конуса, мм, после п ударов;
к (И) - поправочный коэффициент, зависящий от глубины внедрения конусного элемента и равный при глубинах внедрения до 5 и 10 см, соответственно, 4,7 и 3,0.
Для обеспечения регулярного движения колесной техники по зимней дороге необходимо, чтобы индекс твердости ее покрытия имел значения больше 350. Если индекс твердости не превышает 170, покрытие после 25-30 проходов колесной техники разрушается.
Несущая способность снеголедового покрытия по отношению к транспортным средствам в основном определяется его плотностью приведена в табл. 1.
Таблица 1
Несущая способность снеголедового покрытия_
Плотность покрытия, кг/м3 Несущая способность, МПа Допустимое движение машин
200 0,04 Гусеничных
250 0,08 Гусеничных
300 0,20 Колесных массой до 1,5 т
350 0,30 Колесных массой до 3 т
500 0,60 Колесных массой до 5 т
600 2,00 Колесных массой до 15 т
Таким образом, для оценки сцепных свойств движителей ходовых устройств со снегом используют такие его характеристики, как показатель сцепления и коэффициент внутреннего трения. Для выбора оптимального варианта уплотнения был проведен сравнительный анализ методов увлажнения и уплотнения.
Первоначально для увеличения скорости промерзания основания проходил легкий трактор и под гусеницами при уплотнении снегового покрова на поверхности выступала вода. Промерзшее основание должно иметь плотность не ниже 750 кг/м3. При относительно небольшой толщине промороженного основания возможно повреждение травяного покрова (вымерзание). Поэтому после промораживания основания необходимо проводить наращивание дорожного полотна, причем чем больше его толщина, тем меньше влияние на почву. Кроме того, более щадящее воздействие оказывают машины с пониженным давлением на грунт.
Для подтверждения результатов исследования уплотнения снега под действием нагрузки был проведен эксперимент в реальных условиях сооружение опытно-промышленного участка снеголедовой дороги в районе г.Воркуты. Протяженность участка составила 28 км.
На участке применялись следующие виды воздействия на снег: -перемешивание;
-уплотнение нагрузкой за 1 проход;
-уплотнение уменьшенной нагрузкой за несколько проходов; -деформация за счет полива (с последующим уплотнением); -уплотнение;
-тепловые воздействия (инфракрасное излучение с последующим формированием поверхности).
Использованные источники:
1. Основина Л.Г. Автомобильные дороги. Строительство, ремонт, эксплуатация / Л.Г. Основина. - Москва: Феникс, 2015. - 496 с.- Текст : непосредственный.
2. Садило М. В. Автомобильные дороги. Строительство и эксплуатация / М.В. Садило, Р.М. Садило. - Москва: Феникс, 2018. - 368 с. - Текст : непосредственный.
