На правах рукописи

АБДУКАМИЛОВ

Шавкат Шухратович

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА,

ОТСЫПАННОГО БАРХАННЫМИ ПЕСКАМИ,

ВОСПРИНИМАЮЩИМИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ

Специальность 05.22.06 – Железнодорожный путь, изыскание и

проектирование железных дорог

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

Работа выполнена на кафедре «Управление и технология строительства» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС).

Научный руководитель доктор технических наук, профессор ПРОКУДИН Иван Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор СВИНЦОВ Евгений Степанович кандидат технических наук, доцент УСТЯН Нагапет Амирханович

Ведущая организация Военно-транспортный институт железнодорожных войск и военных сообщений (филиал) ФГВОУ ВПО «Военная академия тыла и транспорта имени генерала армии Хрулева А.В.»

Защита состоится 27 декабря 2011 г. в 13 час 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 218.008.03 в Петербургском государственном университете путей сообщения по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 7-520 (факс 570-24-61)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПС.

Автореферат разослан «25» ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, А.Ф. КОЛОС доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Высокие темпы развития промышленного производства и сельского хозяйства в республиках Средней Азии 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 более половины площади республик Средней Азии и характеризуются относительно небольшими прочностными характеристиками, монофракционным составом и значительным 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 вибродинамического воздействия при расчетах несущей способности земляного полотна определяет эксплуатационную надежность пути и безопасность движения поездов. В современных условиях эксплуатации железнодорожного пути с большегрузными составами и высокоскоростными пассажирскими поездами обуславливает возникновение повышенной вибродинамической нагрузки на конструкции пути в целом и в частности на земляное полотно.

В настоящее время в республиках Средней Азии появилась объективная необходимость в решении важнейшей проблемы: обеспечение прочности железнодорожного земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими 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.

Цель работы: разработка методики определения и прогнозирования несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку, возникающую от проходящих поездов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить основные закономерности распространения колебаний в теле земляного полотна, отсыпанного барханными песками под воздействием вибродинамических нагрузок.

2. Выполнить оценку степени влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики барханных песков.

3. Разработать методику расчета и прогнозирования несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками в зависимости от вибродинамического воздействия поездов.

Методика исследований. Для решения поставленных задач выполнены полевые, лабораторные и теоретические исследования.

Полевые эксперименты выполнены на линии Навои – Учкудук – Мискен железных дорог Узбекистана. Результаты полевых исследований обрабатывались с использованием методов математической статистики.

Лабораторные испытания по изучению влияния величины вибродинамической нагрузки на прочностные свойства барханных песков выполнены на вибростабилометрической установке конструкции ЛИИЖТа.

В работе выполнены многовариантные расчеты, на основе которых разработана методика расчета и прогнозирования несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку.

Научная новизна. На основании экспериментальных и теоретических исследований впервые получены следующие результаты:

разработана аналитическая модель расчета несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку.

выявлена закономерность распространения колебаний в теле и за пределами земляного полотна, отсыпанного барханными песками.

Практическое значение работы заключается в возможности и необходимости использования проектными организациями разработанной методики расчета и прогнозирования несущей способности железнодорожного земляного полотна, отсыпанного барханными песками при различном сочетании нагрузок от современного и перспективного подвижного состава.

Реализация исследований. Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Узжелдорпроект» и «Ташгипротранс» при расчетах несущей способности земляного полотна на реконструируемой линии Навои – Учкудук железных дорог Узбекистана.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были доложены на:

международной научно-технической конференции ТашИИТа «Транспортная логистика, мультимодальные перевозки», посвященной 20-летию Независимости Республики Узбекистан и 80летию института (Ташкент, 2011 г.).

научно-техническом семинаре кафедры «Строительство железных дорог. Путь и путевое хозяйство» ТашИИТа на тему «Динамическая устойчивость железнодорожных насыпей» (Ташкент, 2011).

научно-технической конференции ТашИИТа «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте», посвященной 80летию института (Ташкент, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано пять статей.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы, приложений. Общий объем работы составляет 160 страниц машинописного текста: в том числе 124 страниц основного текста, 33 рисунков, 8 таблиц, 11 страниц наименований отечественных и зарубежных авторов, 3 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и методы исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе дан анализ работ по изучению величины вибродинамического воздействия поездов на грунты земляного полотна, изменению прочностных свойств грунтов при динамических и вибродинамических нагрузках и учету этих изменений в расчетах прочности и устойчивости земляного полотна.

Большой вклад в исследования влияния различных факторов на состояние прочности грунтов железнодорожного земляного полотна под воздействием вибродинамических нагрузок внесли такие известные ученые как Баркан Д.Д., Соколов В.А., Васютинский А.Н., Маслов Н.Н., Шахунянц Г.М., Ершов В.А., Жинкин Г.Н., Прокудин И.В., Виноградов В.В., Гольдштейн М.Н., Яковлева Т.Г., Иванов П.Л., Стоянович Г.М., Титов В.П., Хархута Н.Я., Савинов О.А., Соколовский В.В. и др.

Результаты ранее выполненных исследований указывают на снижение прочностных свойств грунтов слагающих земляное полотно в следствиивибродинамической нагрузки от проходящих поездов. При этом основной характеристикой колебательного процесса грунтов земляного полотна является амплитуда колебаний.

Исследования колебательного процесса земляного полотна показали, что величина амплитуды колебательного процесса в значительной степени зависит от вида грунта, слагающего земляное полотно, и его состояния.

Так, по мнению В.А. Ершова и И.И. Костюкова, амплитуды колебаний песчаных грунтов не превосходят 60 мкм. В результате исследований были установлены коэффициенты затухания колебаний по глубине насыпи в различных по плотности сложениях песках. Так, для плотных сухих песков коэффициент затухания колебаний равен 0.52 – 0.79. Результаты исследований показали, что расчетные ускорения колебаний песка прямо пропорциональны его плотности, и ускорения колебаний в водонасыщенных песках затухают значительно медленнее, чем в песках в сухом состоянии. Также В.А. Ершовым проводились исследования по изучению параметров колебаний в песчаной насыпи на двухпутной железной дороге. Он сделал вывод, что при движении поездов по двухпутному участку пути значительно возрастает ускорение колебаний по сравнению движением поезда по однопутному участку пути.

Исследованиями по определению закономерности распространения колебаний в насыпях из мелких и пылеватых песков при различных осевых нагрузках занимались А.С. Дербенцев и Ю.П. Смолин. Авторы считают, что вертикальные и горизонтальные составляющие амплитуд колебаний имеют линейную зависимость от нагрузки на ось подвижного состава.

Кроме того, ими было выявлено увеличение амплитуд колебаний в отдельных частях насыпи на двухпутных участках при встрече поездов.

Авторами также была предложена экспоненциальная зависимость для определения средних значений вертикальных и горизонтальных составляющих амплитуд колебаний на уровне основной площадки, на бровке, на поверхности откосной части и в основании откоса при движении поезда по одному пути. При этом максимальные амплитуды колебаний предложено определять, умножая среднее значение амплитуд на соответствующие коэффициенты. Величины максимальных вертикальных и горизонтальных амплитуд колебаний, возникающих при проходе электровоза с нагрузкой на ось 230 кН/ось со скоростью 90 км/ч, составили по данным А.С. Дербенцева и Ю.П. Смолина, 90 и 25 мкм соответственно.

На основании обширных лабораторных исследований А.И.

Лагойский установил, что на снижение прочности грунтов земляного полотна влияют величина амплитуды колебаний, минералогический состав глинистой части грунта, количество частиц грунта размером менее 0, мм, влажность грунта и продолжительность вибродинамического воздействия.

При исследовании песчаных грунтов П.Л. Иванов высказал предположение о том, что угол внутреннего трения при вибрации не изменяется, изменяется лишь общее напряжение. Поэтому он указывает, что при динамических воздействиях устойчивость сооружений на сдвиг необходимо проверять с учетом динамических составляющих напряжений при постоянных значениях угла внутреннего трения, полученных из обычных статических испытаний. При этом П.Л. Иванов отмечает, что динамическая составляющая нагрузок увеличивает величину угла внутреннего трения при ускорениях до 0.8g, а при больших ускорениях колебаний угол внутреннего трения будет уменьшаться.

Исследования Н.Н. Маслова позволили ему разработать фильтрационную теорию динамической устойчивости водонасыщенных песков. Значительный вклад в решении этой проблемы внесли М.Н.

Гольдштейн, О.А. Савинов, В.А. Ершов, Н.Д. Красников, А.П. Синицын, Р.Д. Филиппов и другие исследователи.

Н.Н. Маслов считает, что, согласно его фильтрационной теории, определяющим показателем прочности водонасыщенных песков является критическое ускорение. Критическое ускорение – это предельное ускорение колебательного движения, ниже которого песок при сотрясении еще не уплотняется и, одновременно, выше которого процесс разуплотнения развивается интенсивно.

В.М. Гольдштейн указывает на то, что динамическое разупрочнение песков происходит как в водонасыщенном, так и в сухом песке любой плотности. Под влиянием динамического воздействия песок переходит в состояние своеобразной вязкой псевдожидкости с резко сниженным внутренним кулоновским трением.

Также следует упомянуть о теории динамического нарушения структуры песка, основоположниками которой являются Н.М. Герсеванов и В.А. Флорин. Эта теория отражает процесс разжижения грунта. Н.М.

Герсеванов считает, что основной причиной разжижения песка является разрушение его структуры за счет вибрации. При вибрации по глубине песчаной толщи возникает дополнительный напор, который превращает эту толщу в разжиженное состояние. Но в то же время В.А. Флорин отрицает значение показателя критической пористости как критерия для оценки степени устойчивости водонасыщенных песчаных масс. В.А.

Флорин придает самое серьезное значение в рассматриваемом процессе величине интенсивности динамического воздействия, при которой несвязный водонасыщенный песок ведет себя как тяжелая вязкая жидкость.

Анализ различных исследований в области несущей способности и устойчивости железнодорожного земляного полотна, сложенного из песков воспринимающих статические, динамические и вибродинамические нагрузки показал, что наряду с очевидными большими достижениями в области динамики грунтов земляного полотна, существуют спорные, не полностью или вообще нерешенные вопросы. А также нет достаточной обоснованности степени влияния характеристик колебательного процесса на снижение прочностных характеристик барханных песков, слагающих железнодорожное земляное полотно, практически не исследовалось влияние вибродинамического воздействия на прочностные характеристики барханных песков различного состояния. Вместе с тем, проектирование и строительство новых железных дорог в пустынных районах обуславливают необходимость обеспечения устойчивого земляного полотна из местных грунтов, в частности барханных песков, что определяет потребность разработки методики расчета несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, с учетом вибродинамической нагрузки.

Во второй главе изложены результаты полевых исследований колебательного процесса барханных песков уложенных в земляное полотно на участке железнодорожной линии Навои – Учкудук – Мискен железных дорог Узбекистана, где земляное полотно полностью отсыпано барханными песками. Эксперименты проводились на участке пути, где земляное полотно представлено насыпью высотой 1 м. На участке уложен звеньевой путь с рельсами типа Р65, шпалы железобетонные с эпюрой 1840 шт/км, скрепления типа КБ. Максимальная скорость движения, регистрируемая на участке проведения исследований, для пассажирских поездов составляет 100 км/ч, а для грузовых 80 км/ч.

Амплитудно-частотные характеристики колебаний барханных песков регистрировались сейсмоприемниками СМ-3, которые преобразовывали механические колебания в электрический сигнал.

Колебания в грунтах имеют сложный пространственный характер.

По этому регистрировались вертикальная и горизонтальная вдоль и поперек оси пути составляющие колебаний. Результирующая амплитуда определялась расчетом по закону векторной суммы. Обработке подвергались результаты по каждой составляющей амплитуд колебаний, а также результирующей при уровне вероятности 0,995. В результате получались средние и максимальные вероятные значения амплитуд колебаний при определенных скоростях движения поездов.

Анализ результатов записей колебаний показал, что каждая составляющая колебаний условно разлагается на две гармоники – среднечастотную и высокочастотную. Анализ величин составляющих колебательного процесса барханных песков показывает, что результирующая амплитуда колебаний практически определяется величиной вертикальной составляющей амплитуды колебаний.

Амплитуда колебаний, мкм Рис. 1. Зависимость амплитуды колебаний барханных песков от скорости движения 1 – Амплитуда колебаний в горизонтальном направлении вдоль пути; 2 – то же, в горизонтальном направлении поперек пути; 3 – то же, в вертикальном направлении; 4 – Результирующая максимальной вероятной амплитуды колебаний.

В результате экспериментальных исследований определена зависимость величины амплитуд колебаний барханных песков уложенных в земляное полотно от скорости движения поездов в диапазоне скоростей от 60 до 90 км/ч. Эти зависимости в рассматриваемом диапазоне скоростей носят прямолинейный характер для всех составляющих колебательного процесса. Вертикальная составляющая амплитуды является наибольшей по абсолютной величине. Она в 3-4 раза превышает амплитуду колебаний горизонтальной составляющей вдоль пути. Интенсивность ее увеличения с ростом скорости движения поездов в 13-14 раза превосходит горизонтальную составляющую вдоль пути. Промежуточное значение занимает горизонтальная составляющая колебаний поперек пути, абсолютные значения которой в два раза меньше вертикальных колебаний при одинаковой скорости движения поезда. Однако интенсивность роста этой составляющей незначительно отличается от вертикальной.

Для определения несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку необходимо установить зависимость распространения колебаний в теле земляного полотна и за его пределами.

Выполненные полевые исследования показали, что результирующую амплитуду колебаний грунта в любой точке земляного полотна и за его пределами можно определить следующем выражением:

где A0 – максимальная вероятная результирующая амплитуда колебаний барханных песков на основной площадке земляного полотна, мкм;

1 – коэффициент затухания барханных песков по глубине, 1/м.

2’ – коэффициент затухания колебаний в первой зоне;

2’’ – коэффициент затухания колебаний во второй зоне;

3 – коэффициент затухания колебаний в откосной части земляного полотна;

где 1 –угол заложения откоса насыпи;

hi – высота откоса насыпи над рассматриваемой точкой, м;

где bпл – ширина основной площадки земляного полотна, м;

z – координата рассматриваемой точки по вертикали, м;

y – координата расчетной точки по горизонтали при расположении центра координат по оси пути на основной площадке, м.

Во второй главе была произведена оценка энергетических показателей колебаний барханных песков на основной площадке земляного полотна, возникающих при действии вибродинамических нагрузок от проходящих поездов. Результаты этих исследований показали, что основной вклад в общую энергию колебаний вносит вертикальная составляющая колебаний барханных песков земляного полотна. При этом с увеличением скорости движения поездов общая энергия также увеличивается. Однако на величину энергии также влияет нагрузка на ось подвижного состава. Общая энергия колебаний частиц барханного песка при проходе грузовых поездов в 1,5 раза выше, чем при проходе пассажирских поездов с одинаковой скоростью.

В третьей главе изложены результаты экспериментов по выявлению закономерностей изменения прочностных характеристик барханных песков под влиянием вибродинамической нагрузки. Исследования выполнены на вибростабилометрической установке сконструированной в ЛИИЖТе на кафедре «Экономика и организация строительства».

Установка моделирует вибродинамическое воздействие периодическим изменением всестороннего давления по закону полигармонической функции.

Исследования влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики барханных песков проводились на образцах, изготовленных из барханных песков с влажностью 6, 8, 10 и 12 % в условиях трехосного сжатия. Плотность образцов достигала максимальных значений для соответствующей влажности определенной по ГОСТ 22733Учитывая, что в естественных условиях нагрузки на грунты земляного полотна возрастают очень быстро и действуют сравнительно короткое время при затруднительном процессе консолидации, в результате чего грунт в течение длительного времени сохраняет свою естественную плотность и влажность, то наиболее верным решением будет производить исследование изменения прочности барханных песков, воспринимающих вибродинамическую нагрузку, по методике неконсолидированнонедренированных испытаний. Эта методика была выбрана также исходя из возможности реализации поставленных задач исследований, т.е.

определения зависимости изменения прочностных характеристик барханных песков при воздействии вибродинамической нагрузки, что невозможно выполнить при других вариантах испытаний.

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики барханных песков использовались показатели относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения, определяемых по следующим формулам:

где cст и ст – сцепление и угол внутреннего трения при действии статической нагрузки;

cдин и дин – сцепление и угол внутреннего трения при действии максимальной вибродинамической нагрузки.

Выполненные исследования позволили выявить основные факторы, в наибольшей степени влияющие на снижение прочностных характеристик барханных песков при действии вибродинамической нагрузки. При этом важнейшими факторами являются: влажность и плотность барханных песков, величина пульсации напряжений или амплитуда колебаний.

Результаты исследований зависимости показателей снижения сцепления и угла внутреннего трения от влажности барханных песков свидетельствуют о значительном снижении прочностных характеристик при влажностях различных от оптимальной. При оптимальной влажности барханных песков удельное сцепление и угол внутреннего трения снижаются минимально. Так, исследования по определению максимальной плотности показали, что барханные пески максимально уплотняются при оптимальной влажности равной 10%. При этой влажности показатели относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения будут равняться 13 и 23% соответственно.

Исследования влияния плотности барханных песков на изменение их прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки проводились при оптимальной влажности песков с величиной пульсации напряжений равной 0,07 МПа. Уплотненность барханных песков определялась коэффициентом уплотнения, равным отношению объемной массы испытываемого грунта к максимальной, определенной по методу стандартного уплотнения в приборе СоюзДорНИИ. Результаты исследований влияния плотности барханных песков на изменение удельного сцепления под влияние вибродинамической нагрузки представлены на рис.2. Аналогичные результаты были получены и для угла внутреннего трения.

При возрастании объемной массы скелета грунта до коэффициента уплотнения 0,95 имеет место незначительного увеличения сцепления и незначительного уменьшения показателя относительного снижения сцепления. Однако при уплотнении грунта свыше 0,95 наблюдается резкое возрастание сцепления и значительное уменьшение показателя относительного снижения сцепления kc (рис. 2).

сцепление, т/м Рис. 2. Зависимость изменения сцепления и показателя относительного снижения Эти результаты экспериментов можно объяснить следующим образом. В процессе уплотнения барханных песков вследствие уменьшения объема пор возникают новые контакты между отдельными частицами. Следовательно, в единице объема барханного песка при уплотнении увеличивается количество контактов между частицами, что вызывает повышение прочности барханных песков.

Исследования барханных песков различного состояния с наибольшей объемной массой, получаемой в стандартном уплотнении, при влажностях 6, 8, 10 и 12%, при величине пульсации напряжений равной 0,07 МПа позволили выявить значения показателей относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения. Эти данные приведены в табл. 1.

Показатели относительного снижения сцепления и угла внутреннего трения барханных Коэффициент относительного Коэффициент относительного Влажность, % снижения удельного снижения угла внутреннего В четвертой главе дается определение несущей способности земляного полотна на основе теории предельного равновесия с учетом снижения прочностных характеристик барханных песков, воспринимающих вибродинамическую нагрузку, а также действия инерционных сил при учете затухания колебаний в теле полотна и за его пределами.

Несущая способность железнодорожного земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, определяется величиной и характером распределения вибродинамического воздействия по телу полотна, чувствительностью к нему барханного песка и конструктивными его особенностями. При этом под несущей способностью земляного полотна понимается величина предельных напряжений на основной площадке, при действии которых грунт находится в предельном напряженном состоянии, а их превышение приводит к нарушению предельного равновесия с образованием поверхности смещения грунта.

Предлагаемая методика расчета несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку, основывается на теоретических решениях плоской задачи теории предельного равновесия, разработанной Прокудиным И.В.

В общем случае задача по расчету несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками при действии вибродинамической нагрузки решается методом построения сетки линий скольжения с вычислением в узлах сетки напряжений и угла, определяющего положение главного напряжения.

учитывающих действие сил инерции, затухание колебаний в теле земляного полотна согласно формуле (1) и снижение прочностных характеристик барханных песков под воздействием вибродинамической нагрузки, определяемых из выражений (2) и (3), определяются предельные напряжения на основной площадке земляного полотна. Величина предельных напряжений в вертикальной и горизонтальной плоскостях определяет несущую способность земляного полотна, которая вычисляется по формулам:

где – угол, определяющий положение наибольшего главного напряжения;

cдин – удельное сцепление барханных песков, определенная с учетом вибродинамической нагрузки;

дин – угол внутреннего трения барханных песков, определенный с учетом вибродинамической нагрузки.

Угол, определяющий положение наибольшего главного напряжения, рассчитывается по формуле:

где (a) – пригрузка условной поверхности, кН/м2;

– угол наклона условной поверхности к горизонту, рад.;

a – условная ширина обочины земляного полотна, м.

Рис. 3. Взаимосвязь линий скольжения и главных площадок с действующими Характеристика напряжений в точках, расположенных на поверхности условного откоса, определяется по выражению:

Имея эти величины для двух соседних точек i-1, j и i, j- определяются координаты в точкеi, j в результате решения уравнений характеристик:

C учетом полученных значений zi, j, yi, jопределяют величины i, j, i, j путем решения дифференциальных соотношений вдоль характеристик:

где Рис. 4. Схема к определению граничных условий при расчете насыпи.

Значения прочностных характеристик барханных песков в любой точке земляного полотна рассчитываются по следующим выражениям:

определенные при действии статических нагрузок;

kc’, k’ – минимальные показатели соотношения характеристик сцепления и угла внутреннего трения;

Aн – начальная амплитуда колебаний, при которой снижение характеристик не превышает 3-5%, мкм;

Azy – величина амплитуды колебаний в теле земляного полотна с координатами z и y, мкм;

cmin, min – наименьшие величины соответственно сцепления и угла внутреннего трения, определенные экспериментально при наибольшем вибродинамическом воздействии.

kc, k – максимальные величины показателей относительного снижения прочностных характеристик;

k – коэффициентвиброразрушения грунта.

соотношений:

где zи y – наибольшие вертикальные и горизонтальные напряжения;

Наибольшие расчетные напряжения определяются по формулам:

где zвр – наибольшие вертикальные напряжения от подвижной нагрузки;

zбал – вертикальные напряжения на основной площадке от балластного слоя;

бал – объемный вес балласта;

hбал – мощность балластной призмы;

zршр – вертикальные напряжения отна основной площадке от рельсошпальной решетки.

где yвр – наибольшие горизонтальные напряжения от подвижной нагрузки;

– коэффициент бокового давления в балласте.

В результате многовариантных расчетов были получены зависимости изменения несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками от величины вибродинамической нагрузки, от прочностных свойств барханных песков, от геометрических размеров земляного полотна и от начальных и граничных условий.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

На основании проведенных экспериментальных и теоретических исследований получены следующие основные выводы:

1. Выполненные полевые исследования земляного полотна, пропорциональную зависимость увеличения амплитуд колебаний в зависимости от скорости движения поездов.

2. Распространение колебаний в теле земляного полотна и за его пределами описывается экспоненциальной функцией, которая определяется зависимостью (1). Для насыпей, отсыпанных барханными песками, выявлены коэффициенты затухания колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При этом коэффициент затухания колебаний в вертикальной плоскости 1=0,4988, коэффициент затухания в горизонтальной плоскости в пределах зоны проявления пульсации напряжений 2’=0,207 и коэффициент затухания в горизонтальной плоскости в зоне затухания поверхностных волн 2”=0,008.

3. На основании лабораторных исследований были получены коэффициенты относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения барханных песков воспринимающих вибродинамическую нагрузку, которые приведены в табл. 1.

4. Уплотнение барханных песков до их максимальных значений способствует уменьшению показателей относительного снижения прочностных свойств.

5. На основе выявленных закономерностей была разработана аналитическая модель расчета несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку. Полученные результаты позволили установить зависимость несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками от его геометрических размеров, начальных и граничных условий, от прочностных свойств грунта и величины вибродинамической нагрузки.

6. Несущая способность земляного полотна, отсыпанного барханными вибродинамического воздействия. При этом, наибольшее относительное снижение достигается при увеличении амплитуды колебаний от 50 до 250 мкм.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абдукамилов Ш.Ш. Поведение железнодорожного земляного полотна, отсыпанного барханными песками при воздействии динамических и статических сил.//Молодой научный исследователь:

Материалы IX межвузовской научно-технической конференции бакалавров, магистров и стажеров-исследователей. – Ташкент:

ТашИИТ, 2011.

2. Абдукамилов Ш.Ш. Исследование барханных песков в условиях трехосного напряженного состояния при воздействии вибродинамических нагрузок.//Известия ПГУПС, вып.3. – СанктПетербург: ПГУПС, 2011.

3. Прокудин И.В., Абдукамилов Ш.Ш. Влияние вибродинамического воздействия на прочностные характеристики и несущую способность железнодорожного земляного полотна из барханных песков.//Транспортная логистика, мультимодальные перевозки:

Сборник материалов научно-технической конференции с участием зарубежных ученых посвященной 20-летию Независимости Республики Узбекистан и 80-летию ТашИИТа. – Ташкент: ТашИИТ, 4. Прокудин И.В., Абдукамилов Ш.Ш. Распространение колебаний в железнодорожном земляном полотне, отсыпанном барханными песками.//Вестник ТашИИТа, вып. 4 – Ташкент:ТашИИТ, 2011.

5. Прокудин И.В., Абдукамилов Ш.Ш. Изучение прочностных свойств барханных песков, воспринимающих вибродинамическую нагрузку.//Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Сборник материалов научно-технической конференции посвященной 80-летию ТашИИТа. – Ташкент: ТашИИТ, 2011.

Подписано к печати 23.11. Печать – ризография. Бумага для множит. апп.

Тираж 100 экз. Заказ ПГУПС 190031, г. С-Петербург, Московский пр.,