2.6. Определение высоты бермы.

Определение высоты присыпной бермы которая делается для поддержания откосов насыпи для придания им большей устойчивости производится исходя из условия чтобы площадка бермы была на 0.25 м выше уровня вод в самом неблагоприятном случае:

где a=0.25 м − запас по высоте;

h_подп=0.19 − высота подпора воды в период половодья.

Тогда высота бермы:

Берма делается высотой согласно расчета и шириной 6 м. Ширина бермы определяется по условию возможности прохода строительных машин.

2.7. Расчет защитных укреплений.

Тип укрепления – каменное мощение.

mk=0.17*ρ_k/( ρ_k-ρв)³(1/m-0.8 -0.15)h³_2%

ρ_k=2.5т/м³

ρв=1,0т/м³

m=2

d_k=1.2408√m_k/ ρ_k

_Vдоп=2√g*d_k

V_{фактич.}=0,85*V_р

V_р-скорость воды в русле реки

m_k=0,17*2,5/(2,5-1,0)³(1/2-0,8 – 0,15)1,026³=0,092

d_k=1,2408√0,092/2,5=0,413

V_доп=2√9,81*0,413=8,1

V_фактич=0,85*0,85=0,72

V_доп> V_фактич – условие выполняется.

2.8. Расчет обратного фильтра.

Обратный фильтр необходим для предотвращения механической суффозии мелких частиц грунта в швы плит при понижении уровня воды, откате и накате волн на откос.

При применении каменного мощения в качестве защитного слоя от волноприбоя необходимо их устраивать на под­готовке, работающей как обратный фильтр. Для его устройства применяют щебенисто-гравийно-песчаные грунты, а также геотекстиль в слое гравийно-песчаного грунта. Обратный фильтр предотвращает механическую суффо­зию мелких частиц грунта откоса в поры каменных набросок или швы и сквозные отверстия плит при пониже­нии уровня подтопления, спаде пой­менных вод и накате и откате волны на откос.

При устройстве обратного фильтра из зернистого материала технологичес­ки более прост и надежен однослойный фильтр. При его проектировании долж­на устанавливаться пригодность мест­ного материала, по зерновому составу исходя из степени неоднородности, со­отношения размеров частиц материалов с размерами открытых швов и сквозных отверстий в конструкциях плитных по­крытий, а также соотношений размеров d_к при устройстве набросок с размерами частиц грунта откоса.

Опыт проектирования и эксплуата­ции укреплений с обратными фильтра­ми позволил выявить следующие требования, к зерновому составу фильтров исходя из их назначения. При одно­слойном фильтре должно быть:

− диаметр частиц мельче которых в данном грунте содержится 50 % от общего веса:

- - диаметр частиц мельче которых в данном грунте содержится 30 % от общего веса:

− коэффициент разнозернистости:

Толщину обратного фильтра принимаем как:

где в свою очередь коэффициент зависящий от крутизны откоса и пологости волны можно определить как:

Коэффициент φ_от принимаем равным 0.193 по таблице справочника в зависимости от его показателя и высоты волны интерполяцией.

Коэффициент междуслойности принимаем равным:

Подставив полученные значения получаем:

Должны соблюдаться условия:

-условие соблюдается.

2.9. Расчет напряжений в теле насыпи.

2.9.1. Определение необходимого веса грунта.

При разработке некоторых особо ответственных индивидуальных проек­тов требуемая плотность грунтов рассчитывается как функция действующих |в грунтах сжимающих напряжений.

В этих расчетах используются компрессионные кривые грунтов. При этом применяется приближенный метод расчета, сущность которого в следующем.

Известно, что в любом слое насыпи действуют постоянные сжимающие напряжения σ_а, складывающиеся из напряжений от собственного веса грунта σ_γ и напряжений от веса верхнего строения пути σ_вс. При проходе поезда возникают временные напряжения от поездной нагрузки σ_пс.

Рассмотрим компрессионную кривую, полученную при испытаниях грунта в одометре при многократном приложении нагрузки σ_п (рис. 2), при этом достигается такая его плотность, при которой ветви нагрузки и разгрузки на участке действия σ_п прак­тически совпадают.

Очевидно, что величина коэффици­ента пористости e₀ на компрессионной кривой соответствует такой плотности грунта, при которой грунт практически будет работать в упругой стадии.

Из рис. 2 следует, что:

где а₁, а₂, … - остаточные деформации грунта после первого, второго и т. д. нагружения нагрузкой .

Примем, что

а₂=μ·а₁, а₃=μ·а₂=μ²·а₁ и т. д.,

при этом предположим что μ const. Тогда

очевидно, что μ<1, поэтому

1+μ+μ²+…

.

Коэффициент k_е учитывает многократность приложения нагрузки. Экспериментально установлено, что μ 0.1 0.4; k_е=1.1 1.67, при этом меньшие величины относятся к супесям, а больше – к суглинкам.

В курсовом проекте принимаем среднее значение 1.3.

Однако при рассмотренном методе определения е₀ необходимо получать для каждого слоя насыпи свою компрессионную кривую, соответствующую действующим в насыпи (обычно расчет ведется для осевого сечения) напряжениям

σ_а и σ_п.

Это практически неосуществимо. Поэтому в расчете используют лишь

одну компрессионную кривую (при однородном грунте), полученную при σ_max, соответствующему наибольшему напряжению, действующему в насыпи , а для каждого слоя ее перестраивают (аналитически по уравнениям ветвей нагрузки и разгрузки или графически).

Т огда для каждого слоя:

При известном значении е₀ требуемые плотность сложения сухого грунта ρ_d, т/м³, плотность сложения грунта ρ, т/м³, удельный вес сухого грунта γ_d,кН/м³, и удельный вес грунта γ, кН/м³, определяются по известным зависимостям механики грунтов:

Рис. 3

или

Согласно задания, для данного типа верхнего строения пути табл. 5.1 методического пособия:

− интенсивность нагрузки:

− ширина полосовой нагрузки:

Ш ирина временной нагрузки от подвижного состава принимается равной длине шпалы и составляет для деревянных шпал 2.75 м. Интенсивность нагрузки принимается равной 80 кПа или 80 кН/м².

1. Выполняем расчет для точки А, лежащей в уровне бровки земляного полотна:

Рис. 4

где I − коэффициент рассеяния напряжений принимаемый по таблице для прямоугольной нагрузки.

Знак «–» не несет в себе математического смысла и в расчетах не учитывается, а лишь указывает, что

происходит сжатее грунта.

где y и z − координаты точки в выбранной системе, в данном случае раны нулю т.к. точка находится на пересечении оси и основной площадки земляного полотна, тогда:

Напряжение на основной площадке от верхнего строения пути:

Коэффициент I для подвижного состава:

Напряжение на основной площадке от подвижного состава:

Напряжения от постоянно действующей нагрузки:

где σ_γ – напряжения возникающие от собственного веса грунта, в данном случае равны нулю т.к. точка находится на основной площадке земляного полотна.

Напряжения, в пределах которого грунт должен работать упруго:

По компрессионным кривым определяем коэффициент пористости соответствующий вычисленным напряжениям по ветви разгрузки:

Тогда

По кривой начальный коэффициент пористости:

Учитывая, что влажность грунта W=23%, а k_n=1,0 т.к. точка находится на основной площадке, получаем:

Удельный вес грунта при удельном весе его частиц γ_s=26.6кН/м³ составит:

2. Выполняем аналогичный расчет для точки В лежащей на глубине 2/3 высоты насыпи от основной площадки:

Предполагаем, что удельный вес грунта, при условии его однородности, с глубиной увеличивается в среднем на 0.05 кН/м³, тогда вес грунта на

глубине 2/3 высоты насыпи:

или

За γ₁ принимаем удельный вес грунта в точке лежащей на основной площадке, а за γ₂ удельный вес грунта лежащего в точек на глубине 2/3 высоты насыпи, тогда:

Производим проверку предположения о таком изменении удельного веса грунта от глубины залегания.

Напряжения от собственного веса грунта в точке В:

Вследствие того, что точка находится ниже основной площадки грунт рассеивает напряжения. Тогда напряжения от верхнего строения пути в точке В составит:

Напряжения от подвижной нагрузки:

Напряжения от постоянно действующей нагрузки:

Напряжения, в пределах которого грунт должен работать упруго:

Коэффициент пористости соответствующий вычисленным напряжениям по ветви разгрузки:

Тогда

По кривой начальный коэффициент пористости:

При той же влажности грунта т.к. глубина больше 5 м получаем:

Удельный вес грунта составит:

Вычислим разность, по которой можно будет судить о правильности выдвинутого предположения о нарастании удельного веса грунта с глубиной:

не верно

Производим перерасчет.

Т.к. проверка выполнена, то в дальнейший расчет принимаем значение удельного веса 18,91 кН/м².