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

1 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

64953. Знаменный комплекс в военно-политической культуре средневековых кочевников Центральной Азии 126 KB
  Предметом исследования данной статьи является такой феномен военно-политической культуры средневековых кочевников Центральной Азии имеющий ярко выраженные корни в этнографическом субстрате как знамя или знаменный комплекс. От этого значения идет ряд производных например...
64954. Ненайденные монеты Каракорума 172.5 KB
  Распределение найденных монет собранных на любом городище по датам их выпуска и месту чекана позволяют определить с высокой степенью достоверности торговые связи с другими странами и периоды активного денежного обращения в раскапываемых городах.
64955. Письменные источники о Чингисхане 120.5 KB
  В первой части до описания времени Чингисхана почти дословно повторяется индийская история о проповеди Будды Шакьямуни в Магадхе3 двух учений тантры и сутры. У Джувейни дом Чингисхана находится в Куланбаши название которого нет в текстах...
64956. О времени основания Казани 48.5 KB
  Все гипотезы о времени основания Казани базируются на использовании: даты первого упоминания имени города в исторических источниках; этимологической интерпретации имени города; археологических эпиграфических и нумизматических материалов...
64957. Степные империи древней Евразии 204 KB
  История и культура енисейских кыргызов представлены в источниках неравномерно. В одних случаях доминируют письменные свидетельства, в других — данные археологии. Иногда они тесно коррелируют друг с другом, и эти периоды оказываются для изучения наиболее результативными.
64958. СУДЕБНАЯ СИСТЕМА МОНГОЛИИ В XIII В. ПО «ГОЛУБОЙ КНИГЕ» УКАЗОВ ЧИНГИСХАНА 56.5 KB
  Монгольского государства на рубеже XII-XIII веков означало прежде всего создание государственного аппарата формирование принципов управления и судопроизводства. издан указ о назначении Шихихутуга главным судьей во всей державе. Назначенный указом Чингисхана Бэлгудэй позже Шихихутуг имели статус главного судьи сам хан находился на вершине пирамиды.
64959. Белые пятна в этногенезе дэрбэт 91 KB
  Он покинул Тибет из-за начавшейся междоусобной войны и прибыл в страну Джад («чужой»). Это событие отнесено Лубсан Данзаном к VII в. Обосновавшись в урочище Бурхан-Халдун, Бортэ-Чино женился и основал свой род «монгол». С того времени минуло примерно 400 лет, когда после смерти Дува-Сохор...
64960. НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ НУМИЗМАТИКИ И ИСТОРИИ СТАРОГО ОРХЕЯ (ЗОЛОТООРДЫНСКИЙ ПЕРИОД) 143 KB
  Монеты являются одним из наиболее информативных и разнообразных источников по истории стран Средневековой Европы. Монеты выявленные на территории любого города являются своеобразным посланием к городу и миру. Бырни мне удалось ознакомиться с частью монет из Старого Орхея хранящихся в Музее Института археологии и этнографии...