3.2.Определение критического коэффициента устойчивости откосов индивидуального поперечного профиля пойменной насыпи.

В зоне насыпи можно выделить 5 зон грунтов с отличающимися свойствами: сухая насыпь, зона капиллярного поднятия, влажная насыпь, сухое основание, влажное основание.

1. Сухая насыпь (с.н.):

Удельный вес: =1,98 т/м³;

Коэффициент пористости: =0,673;

Коэффициент трения: ;

Сцепление грунта: С_сн =3,0т/м².

2. Зона капиллярного поднятия (к.з.):

Удельный вес: = =2,040 т/м³;

Коэффициент трения: ;

Сцепление грунта: С_кз=0,5*С_сн =1,5 т/м².

3. Влажная насыпь (в.н.):

Удельный вес: = =1,040 т/м³;

Коэффициент трения: ;

Сцепление грунта: С_вн=С_кз=1,5 т/м².

4. Сухое основание (с.о):

Удельный вес: 2 т/м³;

Коэффициент пористости: = =0,631;

Коэффициент трения: ;

Сцепление грунта: С_со =3,5 т/м².

5. Влажное основание (в.о.):

Удельный вес: = =1,079 т/м³;

Коэффициент трения: ;

Сцепление грунта: С_во=0,5*С_со=0,5*3,5=1,75 т/м².

Расчет устойчивости откосов насыпи производится по схеме, приведенной на чертеже .

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который определяется следующим образом:

, где

М_УД и М_СДВ – моменты соответственно удерживающих и сдвигающих сил относительно центра поверхности обрушения.

К удерживающим силам относятся:

- сила внутреннего трения;

- сила сцепления;

- вес грунта;

К сдвигающим силам относятся:

- вес грунта;

- гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

, где

∑F_уд и ∑F_сдв –суммы соответственно сил удерживающих и сдвигающих откос насыпи.

∑F_уд = ;

∑F_сдв= ;, где

N_i*f_i – силы трения;

C_i*l_i – силы сцепления; l_i - длина основания отсека;

Т_уд – удерживающие касательные силы (левее вертикального радиуса);

Т_сдв - сдвигающие касательные силы (правее вертикального радиуса);

D – гидродинамическая сила.

,где

γ_в – удельный вес воды;

I₀ – средний уклон кривой депрессии;

ω_ВО – площадь в поперечнике влажного основания;

ω_ВН - площадь в поперечнике влажной насыпи.

Т_{уд(сдв)i}= ;

N_i= , где

Q_i – вес отсека.

, где

ω_i – площадь отсека;

γ_i – удельный вес грунта.

1. Характеристики грунта насыпи, находящиеся при естественной влажности.

Коэффициент пористости грунта

0,63

Объемный вес грунта насыпи

2,02 т/м³

где W_н – влажность насыпи;

- объемный вес скелета грунта, т/м³.

Коэффициент трения грунта насыпи:

.

Удельное сцепление грунта:

т/м²

2. Грунты, находящиеся в обводненном состоянии.

Объемный вес грунта насыпи:

т/м³

Коэффициент трения грунта насыпи:

0,23

Удельное сцепление грунта насыпи:

= 0,5*3,0= 1,5 т/м²

3. Характеристики грунтов основания.

Объемный вес грунта основания насыпи:

т/м³;

Коэффициент пористости:

Коэффициент трения грунта основания насыпи:

Удельное сцепление грунта основания насыпи:

т/м².

3.3.Определение гидродинамической силы.

При сезонном подъеме воды, часть грунта насыпи обводняется, следовательно, ухудшается строительные характеристики грунтов. При сезонном уменьшении уровня воды, вода начинает вытекать из тела насыпи. Из-за этого кроме постоянно действующих нагрузок и нагрузок от подвижного состава на насыпь действует гидродинамическая сила. Гидродинамическая сила определяется по формуле:

,

где D – гидродинамическая сила, т;

I₀ – уклон кривой депрессии;

V – объем грунта, в котором действует гидродинамическая сила, м³.

Так как расчет ведется для 1 пог./м насыпи, то можно объем заменить на площадь.

.

Площадь части сползающего клина, насыщенного водой, м²:

.