5. Экспериментальные исследования водопропускных

дорожных труб

5.1. Испытания структурно-деформируемых труб на моделях

При изучении работы подземных сооружений, одним из которых являются трубы под насыпями дорог, значительный интерес представляет исследование качественной стороны процессов, отражающих работу таких сооружений. Оценка работы сооружения

86

Рис. 44. Схемы модели для испытания четырехшарнирной трубы с

помощью полос из песка белого цвета

87

в опытах на простейших моделях позволяет вскрыть сущность тех или иных процессов и наметить пути более широких как по объему, так и по содержанию экспериментальных исследований.

В этой связи известный интерес представляет ряд опытов, выполненных на простейших моделях четырехшарнирных труб, Назначение этих опытов заключалось в выявлении характера работы модели окружающей грунтовой засыпки фотографическим способом.

Для выполнения опытов был изготовлен деревянный ящик с размерами в плане 13×60 см и глубиной 40 см. В переднюю и заднюю стенки ящика вставляли стекла толщиной 8 мм. Одно стекло было разграфлено вертикальными и горизонтальными линиями, образующими квадраты 5×5 см, которые с внутренней стороны фиксировались полосками белого песка (рис. 44, а, б). Второе стекло оставалось чистым и предназначалось для фотографирования перемещений частиц песка методом проф. Курдюмова. В качестве нагрузочного приспособления была использована простейшая рычажная установка с отношением плеч 1:1,25, передающая давление с помощью штампа 12×12 см.

В опытах применялось металлическое кольцо с внутренним диаметром 12,4 см, толщиной 0,6 см. Длина кольца соответствовала ширине лотка и равнялась 12,8 см. Шарниры были выполнены из стальной проволоки. На торцы колец для обеспечения плотного прилегания к стеклам лотка наклеивали полоски шерстяного материала.

Результаты проведенных опытов позволили установить следующее.

В начальной стадии деформирования четырехшарнирного кольца под нагрузкой проявляется упругое обжатие грунта засыпки, При этом перемещение частиц грунта происходит по траекториям, близким к прямым, которые обрываются в грунтовом массиве, не выходя на поверхность засыпки.

При дальнейшем увеличении нагрузки траектории перемещений искривляются, распадаясь у горизонтальных шарниров на две группы, одна из которых обращена вогнутостью в сторону основания кольца, а вторая уходит вверх. В этой стадии начинают возникать площадки сдвига между частицами грунта, образующими при дальнейшем приложении нагрузки плоскости скольжения с выходом их на поверхность засыпки и появлением боковых валов выпирания грунта с каждой стороны кольца. Этот момент соответствует полной потере несущей способности грунта засыпки, причем плоскости скольжения образуются с двух сторон кольца, с началом у горизонтальных шарниров, и выходят на поверхность под углом 45°, имея плавный, криволинейный характер.

88

Рис. 45. Схемы модели для испытания четырехшарнирной трубы методом фотофиксации:

1 — активное давление; 2 — сдвиги грунта; 3 — дополнительное давление; 4 — промежуточная зона; 5 — пассивное давление; 6 — пластические деформации; 7 — выпирание грунта; 8 — уплотненный грунт; 9 — нейтральная зона

89

На рис. 45, а, б показаны зоны взаимодействия четырехшарнирного кольца и засыпки, полученные методом фотофиксации.

Грунт основания в зоне нижнего шарнира, ограниченной примерно углом 30°, в работе такой конструкции участия не принимает. Следовательно, четырехшарнирные трубы не нуждаются в специальных фундаментах, но требуют особо тщательного уплотнения боковых пазух.

Судя по максимальной глубине перемещений траекторий песчинок и деформациям вертикальных цветовых полосок, глубина «активной зоны» грунта, участвующего в совместной работе с четырехшарнирным кольцом, близка к его диаметру. По полученным на фотографиях траекториям перемещений частиц песка были построены огибающие их кривые. Характер этих кривых и график плоской фигуры, образуемой ими (она представляет собой силовое поле грунта, окружающего кольцо), позволили высказать предположение о возможном очертании эпюры реактивного давления грунта по внешней поверхности кольца. Результаты испытаний на модели были использованы при составлении программы работ по исследованию четырехшарнирных труб натуральных размеров.