88843

СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ И ВИБРАЦИОННЫХ НАГРУЗКАХ

Контрольная

География, геология и геодезия

Характерной особенностью прибора является возможность выполнять сдвиг образца грунта несколько раз при постоянном значении нормального напряжения σn. В этом случае без изменения вертикальной нагрузки обойма прибора принудительно возвращается в начальное положение и сдвиг образца повторяется заново.

Русский

2015-05-05

580.5 KB

0 чел.

СОПРОТИВЛЕНИЕ СДВИГУ НЕСВЯЗНЫХ ГРУНТОВ ПРИ СТАТИЧЕСКИХ

И ВИБРАЦИОННЫХ НАГРУЗКАХ

Высокие темпы развития промышленного производства и сельского хозяйства в республиках Средней Азии и Казахстане вызывают интенсивный рост перевозок грузов и пассажиров. Для освоения существующих и ожидаемых в перспективе грузопотоков и пассажиропотоков в этом регионе предусматривается дальнейшее развитие и усиление сети существующих железных дорог.

Специфические природные условия районов с жарким, засушливым климатом требуют от проектировщиков и строителей решения ряда новых сложных задач в условиях распространения мелкозернистых барханных песков. Эти пески распространены, главным образом, на территориях пустынь и полупустынь, которые занимают значительную часть площади республик Средней Азии и Казахстана и характеризуются относительно небольшими прочностными характеристиками, монофракционным составом и значитель-ным содержанием пылеватых частиц.

Ситуация осложняется тем, что в этом районе нет качественных материалов для сооружения земляного полотна в виде крупно- и среднезернистых песков и скальных грунтов, а завоз их из других районов существенно увеличивает сметную стоимость строительства. При проектировании и строительстве насыпей из барханных песков, требуется решать задачи, связанные с их недостаточной несущей способностью через разработку таких конструктивных решений земляного полотна, которые обеспечат длительную, стабильную и надежную работу железнодорожного пути.

Оценка несущей способности земляного полотна имеет одно из первостепенных значений при проектировании конструкции железнодорожного пути. Учет вибро-динамического воздействия при расчетах несущей способности земляного полотна определяет эксплуатационную надежность пути и безопасность движения поездов [1,2].  Современные условия эксплуатации железнодорожного пути с большегрузными составами и высокоскоростными пассажирскими поездами обуславливают возникновение повышенной вибрационной нагрузки на конструкции пути в целом и на земляное полотно в частности.

В настоящее время в республиках Средней Азии и Казахстане появилась объек-тивная необходимость в решении важнейшей проблемы обеспечения прочности железнодорожного земляного полотна, отсыпанного барханными песками, восприни-мающими вибродинамическую нагрузку от проходящих поездов.

Актуальность проблемы для железнодорожного пути возросла из-за повышения скоростей движения пассажирских поездов и введения в оборот большегрузных вагонов с мощными локомотивами. В данной работе представлены результаты исследований прочностных характеристик песчаного грунта с участка железно-дорожной линии Жетыген-Хоргос.

Лабораторные испытания по изучению влияния величины вибрационной нагрузки на прочностные свойства барханных песков выполнены на модернизированном сдвиговом приборе ВСВ-25, общий вид которого показан на рисунке 1.

Изменения в конструкции прибора позволяют проводить испытания в кинема-тическом режиме нагружения со скоростью от 0,01 до 0,5 мм/мин. Конструкция обойм позволяет получать величину относительной деформации  образца более 27%. Харак-терной особенностью прибора является возможность выполнять сдвиг образца грунта несколько раз при постоянном значении нормального напряжения σn. В этом случае без изменения вертикальной нагрузки обойма прибора принудительно возвращается в начальное положение, и сдвиг образца повторяется заново. Это позволяет наиболее точно сформировать площадку скольжения и определить значение остаточного сопротивления сдвигу, а, следовательно, и остаточной прочности грунта.

Рисунок 1 – Общий вид сдвигового прибора

 

Работа прибора организована также в динамическом режиме. Вибрационное воз-действие на образец грунта передаётся за счёт наложения на нормальное напряжение вертикального действия вращательного вибратора (рисунок 2).

Рисунок 2 – Общий вид вращательного вибратора

Вибратором служат эксцентрики, посаженные на вал, позволяющие изменять во времени значение вертикального напряжения. Численное значение вертикального напряжения регистрируется мессдозой, встроенной в штамп нижней обоймы. Работа прибора происходит в автоматическом режиме и позволяет регистрировать на ленте осциллографа периодическое изменение нормального напряжения, перемещение нижней обоймы прибора и изменяющееся во времени значение  сдвигающего усилия. Общая схема прибора и регистрирующей аппаратуры приведена в [3].

Преимущество данного прибора перед другими отечественными аналогами заключается в следующем:

а) технические возможности прибора позволяют подобрать такую скорость сдвига, при которой не происходит концентрации касательных напряжений у краев образцов, вследствие чего напряженное состояние грунта в процессе сдвига в обойме прибора моделирует напряженное состояние грунта при сдвиге в природных условиях (оползания природных склонов, потеря прочности и устойчивости высоких насыпей земляного полотна железных и автомобильных дорог);

б) нормальное напряжение регистрируется в нижней части образца, то есть изме-ряется «фактическое» напряжение.

Экспериментальные и расчетные показатели состояния исследованного песка пред-ставлены в таблице 1.

Таблица 1 – Экспериментальные и расчетные показатели состояния
исследованного песка

Наименование

грунта

Показатели состояния грунта

Экспериментальные

Расчётные

W, д.ед.

, г/см3

, г/см3

, г/см3

n,%

e

Песок мелкий, однородный, маловлажный, средней плотности сложения

0,06

1,64

2,68

1,55

42

0,72

0,23

Испытания на сдвиг производились в соответствии с [4] в кинематическом режиме нагружения со скоростью перемещения подвижной обоймы прибора 0,15 мм/мин. Данная скорость выдерживалась, как при статических, так и при динамических испытаниях. Было испытано по три образца-близнеца при заданной плотности (1, 64 г/см3) для ступеней нормального (вертикального) нагружения, соответственно, 100, 200 и 300 кПа. При обработке результатов учитывались сила трения между обоймой и грунтом и переменность площади контактной поверхности сдвига. Методика учета силы трения между обоймой прибора и грунтом и  переменности площади контактной поверхности сдвига подробно изложена в работе [5]. Результаты сдвиговых испытаний мелкого барханного песка при статической и динамической нормальной нагрузке приведены на рисунках 3-6.

Рисунок 3 – Диаграмма сдвига в статике

Рисунок 4 – Диаграмма предельного равновесия в статике

Рисунок 5Диаграмма сдвига в динамике

Рисунок 6 –Диаграмма предельного равновесия в динамике

В результате статических и динамических сдвиговых испытаний мелкого песка получены следующие параметры прочности:

– параметр (угол внутреннего трения) для пиковой прочности при статических испытаниях составил – =29°46, для остаточной =18°28; параметр С (сцепление) для пиковой прочности С = 30,62 кПа, для остаточной – С =19,29 кПа;

– параметр для пиковой прочности при динамических испытаниях составил – = 31°03, для остаточной – = 24°25; параметр С для пиковой прочности С = 18,59 кПа, для остаточной – С = 16,11 кПа.

На основании выполненных экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы:

 – исследованный песок согласно [6] классифицируется как «Песок мелкий, однородный, маловлажный, средней плотности сложения»;

- вибрационное воздействие на барханный песок приводит к изменению угла внутреннего трения и практически не влияет на сцепление-зацепление;

- наиболее стабильными прочностными характеристиками грунта являются параметры остаточной прочности;

– в расчетах устойчивости откосов железнодорожных насыпей, сложенных из данного вида грунта, в качестве расчетных характеристик угла внутреннего трения и удельного сцепления  рекомендуется принимать наименьшие параметры остаточной проч-ности, полученные по результатам статических и вибрационных испытаний.

ЛИТЕРАТУРА

  1.  Яковлева Г.Г., Иванов Д.И. Моделирование прочности и устойчивости земляного полотна. – М.: Транспорт, 1980. − 255 с.

2.  Коншин Г.Г. Вибросейсмическая диагностика эксплуатируемого земляного       полотна. –М., Транспорт, 1994. – 216с.

  1.  Хомяков В. А., Исаханов Е. А., Квашнин М. Я. Некоторые особенности про-ведения испытаний грунтов в срезных приборах. Труды Международного гео-технического симпозиума. Санкт-Петербург, 2003, С. 235  237.
  2.  ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости − М.: Изд-во стандартов, 1996.
  3.  Квашнин М.Я. Экспериментальные исследования прочностных характеристик глинистых грунтов для прогноза устойчивости транспортных сооружений. Дисс. на соиск. уч. степени канд.тех.наук, Алматы, 2005.
  4.  ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация: государственный стандарт. − М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

63755. Порядок формирования и компетенция государственных органов Республики Беларусь (Национальное собрание Республики Беларусь, Совет Министров Республики Беларусь) 14.81 KB
  Президент гарантирует реализацию основных направлений внутренней и внешней политики представляет Беларусь в отношениях с другими государствами принимает меры по охране суверенитета республики ее национальной безопасности и территориальной целостности.
63756. Правовой статус Президента Республики Беларусь 17.28 KB
  Президент Республики Беларусь является Главой государства гарантом Конституции Республики Беларусь прав и свобод человека и гражданина. Президент принимает меры по охране суверенитета Республики Беларусь ее национальной безопасности и территориальной целостности обеспечивает политическую...
63759. Понятие и признаки административного правонарушения. Состав административного правонарушения. Отличие административного правонарушения от иных видов правонарушений 13.53 KB
  Как и состав преступления состав административного правонарушения образуют четыре элемента: Объект правонарушения те общественные отношения которые оно нарушает.
63760. Понятие и сущность административной ответственности 13.87 KB
  Административная ответственность выражается в применении должностным лицом предусмотренных действующими нормами административного права конкретных административно-правовых санкций к физическим и юридическим лицам виновным в совершении особого рода правонарушения...
63761. Административное взыскание: виды, порядок применения 14.23 KB
  За совершение административного правонарушения Кодексом про административные правонарушения предусмотрены такие виды административных взысканий: предупреждение штраф платное изъятие предмета который стал предметом совершения или непосредственным объектом...