Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Железнодорожное сообщение в нашей стране на сегодняшний день

было и остается важнейшей и самой крупной составляющей транспортной

системы. В перспективе роль железнодорожного транспорта не изменится,

и он будет оставаться основным видом сообщения, обеспечивающим

массовые грузовые и пассажирские перевозки.

Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года предусматривает в ближайшем будущем увеличение грузооборота. Возникает острая необходимость повышения провозной и пропускной способности железных дорог. Решать эту проблему необходимо как за счет интенсификации работы существующей железнодорожной сети, так и строительством новых железных дорог. На сегодняшний день активными темпами на отдельных направлениях и участках осуществляется повышение скоростей движения как пассажирских, так и грузовых поездов, планируется увеличение веса поездов за счет увеличения длины составов и повышения осевых нагрузок до 25-27 т/ось.

Реализация планируемых мероприятий неминуемо приведет к значительному увеличению вибродинамического воздействия на железнодорожный путь, включая земляное полотно и его основание.

Данный факт негативным образом скажется, в первую очередь, на работе земляного полотна, отсыпанного в районах с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. В частности, это зоны с залеганием слабых торфяных грунтов.

Опыт строительства, эксплуатации и специальные наблюдения за работой земляного полотна, опирающегося на торф, убедительно показали, что с возрастанием скоростей движения, даже при неизменных осевых нагрузках, происходит увеличение «больных» мест, появляются просадки пути на тех участках, где их раньше не было. В отдельных случаях регистрируются значительные деформации пути, требующие закрытия движения. Отмеченные деформации в большинстве случаев являются следствием дефицита несущей способности торфяного основания земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку.

При этом, на сегодняшний день, вопросы, связанные с аналитической оценкой несущей способности земляного полотна, опирающегося на слабые торфяные грунты, воспринимающего значительные вибродинамические нагрузки от проходящего поезда не получили должного рассмотрения. Таким образом, на сегодняшний день существует объективная необходимость в комплексном решении задачи о количественной оценке несущей способности земляного полотна, опирающегося на торф, с учетом действия вибродинамических нагрузок от проходящих поездов.

Цели и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является: разработка научнообоснованного решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов.

Для достижения поставленной цели, в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявлены зависимости и характер распространения колебаний в земляном полотне и торфяном основании.

2. Установлены закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия.

3. Разработана методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.

Научная новизна.

1. Впервые получены аналитические зависимости, описывающие распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок. Получены коэффициенты затухания амплитуд колебаний в торфяном основании по глубине и в поперечном оси пути направлении.

2. Впервые установлены и исследованы закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия. Определены коэффициенты относительного снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления, угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана и обоснована возможность использования модели идеально связного грунта для решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии инерционных сил, а также с учетом снижения под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. На основе разработанного теоретического решения предложена методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическую и практическую значимость работы представляют:

1. Аналитическая зависимость для определения амплитуд колебаний в теле и за пределами земляного полотна, опирающегося на торф, полученная на основе проведенных натурных экспериментов.

2. Закономерности снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления и угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.

3. Разработанная методика расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, основанная на модели идеально связного грунта, учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. Рекомендации по обеспечению несущей способности торфяного основания железнодорожной насыпи.

Методология и методы исследований.

Для решения поставленных задач были выполнены натурные, лабораторные и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на железнодорожной линии Санкт-Петербург – Приозерск Октябрьской железной дороги. Лабораторные исследования выполнены в Петербургском Государственном университете Путей Сообщения на кафедре «Управление и технология строительства». На основе статистической обработки и аппроксимации данных полевых и лабораторных экспериментов выявлены аналитические зависимости для определения амплитуд колебаний в теле земляного полотна и его торфяном основании, а также получены количественные зависимости снижения прочностных характеристик торфа при действии вибродинамических нагрузок.

При разработке предлагаемой методики использовались результаты исследований российских и зарубежных ученых в области механики грунтов и проектирования земляного полотна железных и автомобильных дорог. На основе предложенного теоретического решения выполнено исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, в зависимости от показателя сопротивления торфа сдвигу, величины удельного сцепления и угла внутреннего трения, величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, чувствительности к нему торфа, а также в зависимости от геометрических размеров и конструктивных особенностей железнодорожной насыпи.

Положения, выносимые на защиту.

1. Полученные аналитические зависимости распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок.

2. Установленные закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов, в зависимости от величины вибродинамического воздействия и физических свойств торфа.

3. Теоретическое решение задачи предельного равновесия для модели идеально связного грунта применительно к оценке несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом.

4. Методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, основанная на модели идеально связного грунта и учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

Степень достоверности результатов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается сходимостью данных теоретических исследований с результатами натурных экспериментов и с многочисленными инструментальными наблюдениями за работой земляного полотна железных дорог, опирающегося на торфяной грунт, на участках Октябрьской железной дороги.

Апробация результатов.

Основные положения и результаты работы были доложены на следующих конференциях:

1. Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». Одесса, 2011 г.

2. 10 научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», посвященная памяти профессора Георгия Михайловича Шахунянца. Москва 2013 г.

«Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов», посвященная памяти профессора Александра Васильевича Ливеровского. Санкт-Петербург 2013 г.

Реализация исследований.

Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Ленгипротранспуть» (филиал ОАО «Росжелдорпроект») при разработке проектов реконструкции железнодорожных путей, а также в ПГУПСе при проектировании модернизации участков пути Октябрьской железной дороги.

Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 3 статьи, в том числе 1 статья в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет страниц машинописного текста, в том числе 191 страницы основного текста, 66 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 128 работ российских и зарубежных авторов.

Введение посвящено обоснованию актуальности диссертационной работы, постановке цели и задач, обоснованию научной новизны и практической ценности результатов исследования, изложению основных положений методики исследования.

Первая глава посвящена анализу существующих работ по изучению особенностей прочностных характеристик торфов и их взаимосвязи с физическими свойствами торфа, существующим методам оценки прочности торфяной залежи. Кроме того, проанализированы существующие методы расчета несущей способности «слабых» оснований.

Обобщены результаты многолетних исследований колебательного процесса грунтов земляного полотна, на «слабом» основании и выявлены основные особенности влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики «слабых» грунтов.

Существенная часть сети железных дорог России (от 10% до 40% в различных регионах страны) проходит по заболоченным территориям.

Несущая способность насыпей в таких районах будет определяться, в первую очередь, прочностью торфяного основания.

Изучению свойств торфов посвящены работы таких ученых как Амарян Л.С., Винокуров Ф.П., Евгеньев И.Е., Казарновский В.Д., Караулов А. М., Кириллович М.Н., Короткина М.К., Козьмин Д.Д., Коваленко Н.П., Корчумов С.С., Кукушкин В.А., Морарескул Н.Н., Ордуянц К.С., Питерман М.А., Сорокина Г.В., Стеклянникова Н.И., Тюремнов С.Н., Тетеркин А.Е., Шапошников М.А. и других.

Торф относится к группе «слабых» грунтов. Ему присущи избыточная увлажненность, высокая сжимаемость и низкая несущая способность. Физико-механические свойства торфов колеблются в большом диапазоне и изменяются в процессе строительства и эксплуатации земляных сооружений. Важнейшими классификационными показателями, характеризующими состояние торфа являются степень разложения Ddp, природная влажность W, полная влагоемкость Wп, общее содержание минеральных включений (зольность) Ас.

Оценка физико-механических свойств торфа принципиально возможна с использованием полевых и лабораторных методов.

Исследование прочностных характеристик торфа в полевых условиях чаще всего выполняют методом вращательного среза, разработанным Ю.Г. Трофименковым, Г.К. Бондариком, Г.П. Корчагиным, Л.С. Амаряном и А. Скемптоном. Сущность этого метода заключается в погружении четырехлопостной крыльчатки в массив грунта и ее повороте для разрушения заданного объема цилиндрической формы с установлением предельного сопротивления сдвигу.

На величину прочности торфяного основания значительное влияние оказывает величина порового давления. Впервые учитывать поровое давление предложил проф. К. Терцаги в теории фильтрационной консолидации. Исследования, выполненные И.В. Прокудиным, по изучению влияния порового давления на прочность и деформативность «слабых» грунтов при действии динамических нагрузок, показывают, что в условиях кратковременности приложения динамических нагрузок величина порового давления в основании насыпей меняется незначительно. Снижение прочности грунта в такой ситуации происходит, главным образом, из-за снижения прочностных характеристик (сопротивление сдвигу, удельное сцепление, угол внутреннего трения) при действии вибродинамической нагрузки.

Таким образом, оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамических нагрузок невозможна без оценки чувствительности торфа к действию вибродинамики.

Исследования последних лет свидетельствуют о влиянии вибродинамического воздействия на несущую способность земляного полотна и его основания. Экспериментальные исследования, выполненные Ашпизом Е.С., Аверочкиной М.В., Барканом Д.Д., Виноградовым В.В., Великотным В.П., Гольдштейном М.Н., Жинкиным Г.Н., Ершовым В.А., Колосом А.Ф., Коншиным Г.Г., Костюковым И.И., Лагойским А.И., Прокудиным И.В., Петряевым А.В., Соколовым И.И., Стояновичем Г.М., Шахунянцом Г.М., Яковлевым В.Ф. показывают, что под действием подвижной нагрузки в грунтах возникают полигармонические колебания с широким амплитудно-частотным спектром.

Анализ литературных источников, а также опыт проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожных насыпей, возводимых в районах распространения болот свидетельствует о том, что задача об оценке несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов на сегодняшний день остается нерешенной.

Решение данной задачи возможно только при проведении дополнительных полевых, лабораторных и теоретических исследований.

Вторая глава посвящена результатам натурных исследований колебательного процесса грунтов земляного полотна и его торфяного основания. В рамках натурных исследований выявлены основные закономерности распространения колебаний в теле земляного полотна и его торфяном основании, а так же определены фактические значения амплитуд колебаний, как в теле насыпи, так и в торфе.

Исследование основных характеристик колебательного процесса грунтов насыпи и ее основания, сложенного торфом осуществлялось на ПК 470+00 – ПК 480+00 перегона Грузино-Сосново направления СанктПетербург – Приозерск Октябрьской железной дороги. Поперечные профили данного участка представлены насыпями, высота которых колеблется в пределах от 1,0 м до 5,0 м. Мощность торфа под насыпью колеблется в пределах от 0,5 м до 3,5 м.

В качестве регистраторов колебаний грунтов земляного полотна и торфяного основания при движении поездов использовались сейсмоприемники MTSS-2003. Запись осуществлялась в цифровом формате с помощью системы, состоящей из сейсмического регистратора ZET-048 и ноутбука.

Анализ выполненных экспериментальных исследований показывает, что наличие в основании насыпей слабого торфяного грунта приводит к резкому и значительному увеличению степени вибродинамического воздействия со стороны подвижного состава на грунты, как земляного полотна, так и торфяного основания. Абсолютные значения амплитуд колебаний для насыпей на торфяном основании в 1,9-2,1 раза больше (рисунок 1) по сравнению с амплитудами колебаний для насыпей на твердом минеральном основании.

Амплитуда, мкм при проходе грузовых (локомотив ВЛ-10) и пассажирских Глубина от уровня основной площадки, м (пассажирский вагон) поездов при торфяном основании; 1 – 40 км/ч; 2 – 60 км/ч; 3 – 80 км/ч. Локомотив ВЛ- Рис. 1 Зависимость амплитуд колебаний Рис. 2 Затухание амплитуд колебаний по Результирующие амплитуды колебаний в уровне основной площадки возрастают прямо пропорционально с ростом скорости движения (рисунок 1). При этом интенсивность их увеличения значительно выше, чем для насыпей, опирающихся на твердое минеральное основание, и составляет в среднем 35 мкм на 10 км/ч. Линии 3,4 на рисунке 1 построены по результатам исследований И.В. Прокудина, А.Ф. Колоса, И.В Колос, А.В.

Петряева, И.С. Козлова.

В процессе проведенных экспериментов установлена величина амплитуд колебаний, передающихся торфяному основанию (рисунок 2).

При движении грузового поезда со скоростью 80 км/ч значение результирующей амплитуды колебаний на глубине 4,4 м, что соответствует уровню торфа, равно 150 мкм, что составляет 30% от амплитуд колебаний, основной площадки земляного полотна.

Затухание колебаний по глубине земляного полотна, опирающегося на торф, происходит значительно слабее, чем на насыпях, опирающихся на твердое минеральное основание. Для оценки затухания колебаний по глубине введен показатель, равный отношению результирующих амплитуд колебаний, зарегистрированных на некоторой глубине z относительно основной площадки (A ), к амплитудам, зарегистрированным на основной площадке земляного полотна (A ) (рисунок 3).

Глубина от уровня основной 1 - изменение для насыпей на торфе; 2 - изменение для насыпейна минеральном основании и для насыпей на твердом минеральном Значение коэффициента y Рис. 4 Изменение величины для насыпей, на торфяном и минеральном основании Распространение колебаний в теле земляного полотна и торфяном основании описывается экспоненциальной зависимостью (1). Для насыпей, опирающихся на торф, определены значения коэффициентов затухания колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскости.

где A – результирующая амплитуда колебаний в точке с координатами z – амплитуда колебаний в уровне основной площадки земляного полотна, мкм;

z – расстояние по вертикали от основной площадки до рассматриваемой точки, м;

y – расстояние по горизонтали от оси пути до рассматриваемой точки, 1 - коэффициент затухания колебаний по глубине торфяного основания, 1 0,320,1/м.

2 - коэффициент затухания колебаний в поперечном оси пути направлении в зоне от 0 до 18 м от торца шпалы, равный 0,053 1/м;

22 - то же, при расстоянии от оси пути более 18 м, равный 0,001 1/м;

3 - коэффициент затухания колебаний в откосной части насыпи, для насыпей, опирающихся на торфяной грунт, = 0,080 1/м;

-высота откоса насыпи над рассматриваемой точкой, м.

Третья глава посвящена результатам лабораторных экспериментов по выявлению основных закономерностей изменения прочностных характеристик торфа при действии вибродинамических нагрузок.

Для исследования физико-механических свойств торфяных грунтов при действии вибродинамических нагрузок были отобраны образцы торфа ненарушенной структуры с 3 экспериментальных участков, расположенных на перегоне Грузино - Сосново направления СанктПетербург – Приозерск Октябрьской железной дороги между ПК 450+00,00 – ПК 480+00,00. Основание земляного полотна на данном участке сложено торфом, мощность которого колеблется от 2,5 м до 7,0 м.

Природная влажность образцов, отобранных на данных участках изменяется в пределах 440% - 790%. Степень разложения торфа под железнодорожной насыпью имеет постоянное значение и равна 44-49%.

Определение прочностных характеристик торфа при действии как статической, так и при действии вибродинамической нагрузки осуществлялось с использованием вибростабилометра конструкции ЛИИЖТа. Для определения прочностных характеристик торфа в камере прибора создавалось гидростатическое давление равное 0,03; 0,06 и 0, МПа.

Анализ результатов проведенных лабораторных экспериментов показывает, что наиболее чувствительны к вибродинамическим нагрузкам торфы с низкими значениями естественной влажности и пористости.

(таблица 1, 2) Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа были использованы показатели относительного снижения удельного сцепления, угла внутреннего трения, определяемые по формулам:

ст, ст - удельное сцепление, угол внутреннего трения торфа при где дин, дин - удельное сцепление, угол внутреннего трения торфа при действии максимальной вибродинамической нагрузки.

Результаты проведенных экспериментов показывают следующее:

Влажность, W% Наибольшее снижение сцепления С (таблица 1), угла внутреннего трения (таблица 2) наблюдается у торфов с влажностью 350% и коэффициентом пористости е=7 и составляет соответственно 21%, 22%. С увеличением влажности чувствительность торфа к вибродинамическому воздействию снижается. При влажности 800% и коэффициенте пористости е=11, сцепление торфа С снижается на 3%, угол внутреннего трения – на 6%. Величины названных показателей получены впервые и рекомендуются к применению в проектных и научно-технических разработках.

Определение величины сопротивления торфа сдвигу основывается на методе В.Г. Березанцева, позволяющего определить величину расчетного сцепления, учитывающего величину угла внутреннего трения, численно равного величине сопротивления торфа сдвигу:

где Cр– величина расчетного «повышенного» удельного сцепления торфа, учитывающая величину угла внутреннего трения;

C–удельное сцепление торфа;

–угол внутреннего трения торфа.

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на величину сопротивления торфа сдвигу был использован показатель относительного снижения сопротивления сдвигу, определяемый по формуле:

где ст - сопротивление торфа сдвигу при действии статической нагрузки;

дин - сопротивление торфа сдвигу при действии максимальной вибродинамической нагрузки.

наибольшее снижение величины сопротивления торфа сдвигу при действии вибродинамических нагрузок наблюдается у образцов торфа с низкими значениями естественной влажности и пористости (таблица 3) снижения сопротивления сдвигу для применению в проектных и научноторфа степени разложения Ddp = 44-49% Влажность, W% 500 0,18 0,15 0,12 0,10 0, 650 0,15 0,13 0,10 0,08 0, 800 0,13 0,11 0,08 0,06 0, позволили установить зависимости снижения прочностных характеристик торфа от величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию земляного полотна, которые описываются следующими формулами:

Где k – коэффициент виброразрушения торфа;

A – результирующая амплитуда колебаний грунтов при которой определяются прочностные характеристики, мкм, Ан – начальная амплитуда колебаний грунта, при которой снижение характеристик не превышает 3-5 %; для торфа Ан изменяется от 20 до мкм.

Четвертая глава посвящена разработке методики расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, основанной на модели идеально связного грунта и учитывающей действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

Оценка прочностных свойств торфа принципиально возможна с использованием полевых и лабораторных методов.

Наличие большого количества лабораторных методов определения прочностных характеристик торфа очень часто приводит к получению совершенно несогласующихся между собой результатов. При этом основным полевым методом определения прочности торфяной залежи является метод вращательного среза с помощью четырехлопостной крыльчатки.

В сложившейся ситуации необходимо разработать методику расчета несущей способности торфяного основания железнодорожных насыпей, которая бы позволяла использовать в качестве основной расчетной характеристики прочности торфяной залежи величину сопротивления торфа сдвигу, а при наличии результатов лабораторных экспериментов – произвести оценку несущей способности при известных значениях величины удельного сцепления С и угла внутреннего трения.

Решить данную задачу возможно с использованием подхода В.Г.

Березанцева. Использование формулы (3) позволяет определить величину «повышенного» расчетного сцепления Ср, учитывающего влияние малого угла внутреннего трения ( 15°).

В основу решения задачи о несущей способности торфяного основания, при опирании на него земляного полотна, положена плоская задача теории предельного равновесия для модели идеально связного грунта, учитывающая действие инерционных сил, а также снижение прочностных свойств торфа при вибродинамическом воздействии от проходящих поездов.

Решение задачи теории предельного равновесия при действии колебаний сводится к совместному решению дифференциальных уравнений движения и условия предельного напряженного состояния для модели идеально связного грунта (8).

где, – составляющие нормальных напряжений, соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, т/м2;

U, V – перемещения при колебаниях в направлении осей Z и Y, м;

– максимальные и минимальные главные напряжения, т/м2;

– величина расчетного «повышенного» удельного сцепления, или величина сопротивления торфа сдвигу, т/м2;

– объемный вес грунта, т/м3.

Для получения решения система уравнений (8) преобразуется за счет введения новых неизвестных: величины, численно равной углу наклона большего главного напряжения к оси y; величины напряжения, выражаемого через главные напряжения следующей формулой:

В результате решения задачи получены уравнения характеристик и дифференциальные соотношения вдоль них:

Количественная оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, производится посредством совместного решения уравнений (10-13) методом конечных разностей при соответствующих граничных условиях.

В общем случае для построения сетки линий скольжения следует рассматривать три области, представленные на рисунке 5.

Рис. 5 Расчетная схема построения сетки линий скольжения Значения предельных горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в точках, лежащих на границе полуплоскости (отрезок OA3 на рисунке 5), определяют несущую способность основания земляного полотна, сложенного торфом.

Полученное решение задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом дает возможность ответить на ряд актуальных с точки зрения проектирования вопросов. Разработанная методика расчета позволяет оценить изменение предельных напряжений в торфяном основании в зависимости от физико-механических характеристик торфа, величины боковой пригрузки, уровня вибродинамического воздействия и других факторов.

преимущественно определяется величиной удельного сцепления торфа, снижение которого под действием вибрации влияет существенно больше на снижение предельных напряжений, чем уменьшение угла внутреннего трения (рисунок 6).

Несущая способность, т/м При увеличении угла внутреннего трения в 3,0 раза (с 3° до 9°), увеличение несущей способности при величине удельного сцепления C = 1,20 тм происходит в 1,3 раза (с 4,10 т/м2 до 5,30 т/м2). При этом изменение величины удельного сцепления торфа в 2,1 раза с (0,70 тм до 1,50 тм ) при постоянстве угла внутреннего трения ( = 9°) вызывает увеличение несущей способности в 2,1 раза (с 3,10 тм до 6,50 тм ).

Изменение несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, от величины вибродинамического воздействия описывается экспоненциальной зависимостью. Наибольшее снижение наблюдается в интервале амплитуд колебаний от 0 мкм до 150 мкм и составляет 15-20% (рисунок 7).

Разработанная методика расчета несущей способности торфяных оснований позволяет определить возможную зону выпора торфяного грунта при строительстве и реконструкции железных дорог, ширину пригрузочных берм (рисунок 8).

Наличие боковой пригрузки, приводит к прямо пропорциональному возрастанию несущей способности в уровне подошвы насыпи по оси железнодорожного пути. В общем случае, на каждые 0,5 м высоты боковой пригрузочной бермы рост несущей способности составляет 16%, по сравнению с несущей способностью основания насыпи без боковой пригрузки (рисунок 8, 9).

Разработанная в рамках диссертации методика расчета позволяет определить дефицит несущей способности для последующего проектирования конструкций усиления земляного полотна при строительстве или реконструкции, в том числе с использованием специальных строительных смесей и геосинтетических материалов и других современных методов усиления.

Результаты теоретических расчетов несущей способности торфяного основания земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, имеют хорошую сходимость с натурными данными в отношении величин предельных напряжений и поверхностей смещения грунта, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.

1. Наличие в основании насыпей слоя торфа приводит к резкому и значительному увеличению степени вибродинамического воздействия со стороны подвижного состава на грунты, как земляного полотна, так и торфяного основания. Абсолютные значения амплитуд колебаний в уровне основной площадки для насыпей на торфяном основании в 1,9-2,1 раза больше по сравнению с амплитудами колебаний для насыпей на твердом минеральном основании.

2. Затухание колебаний по глубине земляного полотна, опирающегося на торф, происходит значительно слабее, чем на насыпях, опирающихся на твердое минеральное основание. На глубине 2 м снижение амплитуд колебаний составило 40%, для насыпей, опирающихся на твердое минеральное основание - 60%. Наличие слоя торфяного грунта приводит к тому, что верхние слои земляного полотна намного слабее рассеивают энергию колебаний, передавая на нижележащие грунты существенную их часть.

3. Распространение колебаний в теле земляного полотна и торфяном основании описывается экспоненциальной зависимостью (2.9), установленной на основании проведенных экспериментов. Для насыпей, опирающихся на торф, определены значения коэффициентов затухания колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскости.

4. При современном уровне вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, по результатам проведенных экспериментов установлены значения показателя виброразрушения торфа k, показателей относительного снижения сопротивления торфа сдвигу К, удельного сцепления Кс, угла внутреннего трения К, для торфяных грунтов различной влажности и плотности, залегаемых в основании железнодорожных насыпей. Величины названных показателей рекомендуются к применению в проектных и научно-технических разработках.

5. В результате проведенных исследований предложено новое решение задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, основанное на модели идеально связного грунта и учитывающее действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамики прочностных характеристик.

6. Разработанная в рамках диссертационной работы методика расчета позволяет определить дефицит несущей способности основания насыпи для последующего проектирования конструкций усиления земляного полотна при строительстве или реконструкции, в том числе с использованием специальных строительных смесей и геосинтетических материалов.

Основные результаты исследования опубликованы в работах:

Публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Крюковский Д.В., Колос А.Ф. Особенности колебательного процесса грунтов насыпей, опирающихся на торфяное основание при движении поездов. Научный журнал «Известия Петербургского государственного университета путей сообщения», вып. 2, Санкт-Петербург, 2013 г., стр. 120-126.

Публикации в изданиях, которые не входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

2. Крюковский Д.В., Козлов И.С. Расчет несущей способности земляного полотна в особой точке с использованием интегрирования. Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции "Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2011", Транспорт, том 2, Одесса 2011 г., стр. 24-30.

3. Крюковский Д.В., Колос А.Ф. Оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, с учетом действия динамических нагрузок. Материалы 3 международной научнотехнической конференции «Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов», Санкт-Петербург, 2013 г., стр. 113-117.

Печать - ризография Бумага для множит. апп Формат 6084 1/ Тип. ПГУПС 190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9.