МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Кафедра «Путь и строительство железных дорог»
Курсовая работа
по дисциплине: «Расчеты и проектирование элементов железнодорожного пути»
на тему: «Проектирование и расчеты земляного полотна»
Выполнил:
студ.гр.293 Мулюкина Ю.С.
Проверил:
доц. Калинина В.В.
Самара, 2013
Содержание
Исходные данные к расчету……………………………………………………………………………….3
Введение……………………………………………………………………………………………………4
1. Определение необходимой плотности грунта тела насыпи…………………………………………..4
2. Проектирование поперечного профиля насыпи………………………………………………………11
3. Расчеты укрепления откосов …………………………………………………………………………..16
3.1. Расчет каменной наброски…………………………………………………………………………...16
3.2. Расчет плитного покрытия…………………………………………………………………………...16
4. Проектирование и расчет противопучинных мероприятий в выемке………………………………19
4.1. Проектирование и расчет дренажа …………………………………………………………………19
4.1.1. Исходные данные к расчету дренажа ……………………………………………………………..19
4.1.2. Выбор типа дренажа ………………………………………………………………………………..19
4.1.3. Оценка технической эффективности устройства дренажа ………………………………………19
4.1.4. Определение глубины заложения дренажа ……………………………………………………….20
4.1.5. Расчет расхода воды в дренаж …………………………………………………………………….21
4.1.6. Гидравлический расчет дренажных труб……………………………………………………….…24
4.1.7. Определение числа и порядок размещения смотровых колодцев……………………….………25
4.1.8. Конструктивные элементы дренажа………………………………………………………...……..25
Список литературы……………………………………………………………………………………..…27
исх данные
Введение
Согласно ПТЭ железных дорог земляное полотно по прочности, устойчивости и состоянию должно обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с наибольшими установленными скоростями, быть равнонадежным и ремонтопригодным при малой ресурсоемкости. Стабильность и надежность земляного полотна во многом зависят от технических решений, принятых на стадии проектирования. Это особенно касается такого сложного объекта земляного полотна, как высокая подтопляемая пойменная насыпь. Ввиду значительной высоты насыпи и необходимости учета воздействия воды на откосы и на грунты тела насыпи, проектирование ее ведется в индивидуальном порядке.
Современные методики проектирования и расчетов пойменной насыпи, направленные на получение преимущественно оптимальных результатов, позволяют обеспечить стабильную работу земляного полотна в период его эксплуатации.
Данные методические указания позволят облегчить работу студентов в период разработки курсовых и дипломных проектов, связанных с проектированием земляного полотна.
1. Определение необходимой плотности грунта тела насыпи
На земляное полотно железных дорог действуют динамические и статические нагрузки от подвижного состава, верхнего строения пути, собственного веса полотна и целый комплекс различных природных факторов. Для того, чтобы под влиянием этих нагрузок не появлялись остаточные деформации, при возведении насыпей проводят работы по уплотнению грунта. Уплотнение приводит к увеличению плотности сложения грунта, уменьшению его деформативности и увеличению несущей способности.
Определение необходимой плотности производится по методу стандартного уплотнения, а при индивидуальном проектировании железнодорожных насыпей необходимая плотность сложения грунтов определяется в зависимости от напряжений, которые возникают в теле насыпи.
Суть расчетов состоит в определении такой плотности сложения грунта, при которой в насыпи будут возникать только упругие деформации.
Для определения необходимой плотности грунта тела насыпи выполняются следующие действия:
1. Составляется расчетная схема для двухпутного участка (рис.1).
2. Определяются нагрузки, формирующие напряжения в насыпи.
Временная нагрузка от подвижного состава
на основную площадку земляного полотна
принимается в виде полосовой нагрузки
с интенсивностью, равной допускаемой
величине напряжения [
]
для основной площадки земляного полотна
(при грузонапряженности 22 млн.ткм брутто
на км в год Рn=110
кПа).
Ширина полосовой нагрузки от подвижного
состава
принимается
равной длине шпалы (при железобетонных
шпалах
=2,7
м).
Постоянная нагрузка принимается в виде
полосовой нагрузки с интенсивностью,
равной среднему давлению от веса верхнего
строения пути на основную площадку
земляного полотна
,
которая определяется в зависимости от
типа верхнего строения пути (для Р65 на
железобетонных шпалах
=16
кПа).
Значение ширины нагрузки от верхнего
строения пути двухпутного участка
равно 8,75 м.
3. Насыпь по высоте разбивается на слои, определяются и нумеруются расчетные точки. Расчетные точки определяются по оси одного из путей двухпутной насыпи на уровнях основной площадки, основания насыпи и через 4…6 м между этими точками.
Рис.1. Расчетная схема к определению плотности грунта насыпи двухпутного участка
4. Для каждой точки определяется необходимая плотность грунта в следующей последовательности:
4.1. Задаются начальным значением удельного веса грунта
=
+(0,1…0,3);
(1.1)
4.2. На основании принципа независимости действия сил в каждой расчетной точке определяются следующие напряжения:
4.2.1. Вертикальные напряжения от поездной
нагрузки
.
При двухпутном земляном полотне
напряжения от поездной нагрузки
составят
=
, (1.2)
где
напряжения
от поездной нагрузки первого пути
,
(1.3)
где 
-
коэффициент рассеяния напряжений,
равный
=f(
);
=0;
(1.4.)
напряжения
от поездной нагрузки второго пути,
определямые по формуле
,
(1.5)
где 
=f(
);
=
=
4,1 м. (1.6)
Значения коэффициента рассеяния
напряжений
в долях напряжений
от прямоугольной полосовой нагрузки
определяются по таблице.
4.2.2. Вертикальные напряжения от веса
верхнего строения пути
.
При двухпутном земляном полотне
будут равны
,
(1.7)
где
;
=
/2=2,05
м. (1.8)
x
Значения
в долях напряжений
от прямоугольной полосовой нагрузки
определяются по таблице.
4.2.3. Напряжения от собственного веса
грунта земляного полотна
будут равны
,
(1.9)
где
толщина
слоя, м;
4.2.4. Напряжения от постоянных нагрузок
определяются по формуле
.
(1.10)
4.2.5. Полные напряжения
составят
.
(1.11)
4.3. По компрессионной кривой определяются коэффициенты пористости: есн, еск, еон, еок.
4.4. Вычисляются следующие параметры:
Δ
;
(1.12)
Δ
;
(1.13)
,
(1.14)
где к
-
коэффициент учета влияния многократности,
продолжительности и способа приложения
нагрузки, к
=1,6;
кн - коэффициент, учитывающий изменения к по глубине;
к
=1,0
(для точки 0), к
=0,85
(для точки 1), к
=0,75
(для остальных точек);
4.5. Вычисляется плотность сухого грунта
,
(1.15)
где
-
плотность частиц грунта, т/м3.
4.6. Вычисляется удельный вес грунта
,
(1.16)
где
-
влажность грунта, %;
-
ускорение силы тяжести, м/с
.
4.7. Сравниваются
и
.
Если разность этих значений по абсолютной
величине не превышает 0,05 кН/м
,
то есть ׀
׀ ≤ 0,05 кН/м
,
то дальнейший расчет выполняется в
последовательности, изложенной с пункта
4.1.
Если ׀
׀>0,05
кН/м
,
то выполняется перерасчет, приняв за
исходные величины
.
5. По итогам расчетов вычерчиваются
эпюры напряжений
по высоте насыпи.
6. Определяются средние значения расчетных величин по формулам:
∑
;
(1.17)
∑
;
(1.18)
∑
.
(1.19)
компрессионная кривая
Для точки 0:
(кПа);
(кПа);
=110+0
= 110(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
Δ
;
Δ
;
;
(т/м3);
(кН/м3).
Для точки 1:
=20,143+0,1=20,243(кН/м3);
(кПа);
(кПа);
=44,268+12,144
= 56,412(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
Δ
;
Δ
;
;
(т/м3);
(кН/м3);
׀ 20,243- 20,292׀ =0,049 ≤ 0,05.
Для точки 2:
=20,292+0,3=20,592(кН/м3);
(кПа);
(кПа);
=23,36048+15,23984
=38,6(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
Δ
;
Δ
;
;
(т/м3);
(кН/м3);
׀20,592-20,65׀=0,05 ≤ 0,05.
Для точки 3:
=20,65+0,3=20,95(кН/м3);
(кПа);
(кПа);
=16,148+13,233=29,381(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
Δ
;
Δ
;
;
(т/м3);
(кН/м3);
׀20,95-20,9916׀=0,0416 ≤ 0,05.
Для точки 4:
=20,9916+0,1=21,0916(кН/м3);
(кПа);
(кПа);
=15,6431+12,903=28,5461(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
(кПа);
Δ
;
Δ
;
;
(т/м3);
(кН/м3);
׀21,05824-21,0916׀=0,03336 ≤ 0,05.
Средние значения расчетных величин равны:
∑103,13484/5=20,627(кН/м3);
∑7,7387/5=1,548(т/м3);
∑3,762/5=0,752.
эпюры