2. Назначение конструктивного решения

Земляное полотно – элемент нижнего строения пути, необходимое для:

• восприятия нагрузки от подвижного состава, распределение и передача ее на основание;

• размещения верхнего строения пути.

Современная тенденция проектирования предусматривает сооружение верхнего строения пути на стабилизированное земляное полотно. Однако, повышение скорости, нагрузки на ось подвижного состава выдвигает более жесткие требования к обеспечению его надлежащей прочности (устойчивости) и деформативности, по причине увеличения уровня динамического воздействия. Опыт эксплуатации земляного полотна железных дорог и наблюдения за его работой показывают, что в обозначенных выше условиях эксплуатации резко повышаются процессы накопления деформаций рельсовой колеи, в том числе по причинам дестабилизации земляного полотна, а иногда и его основания. При строительстве земляного полотна на слабом основании могут возникать:

• деформации, связанные с повышением касательных напряжений

• упругие деформации в результате воздействия на основание насыпи транспорта

• деформации, связанные с воздействием на грунт сжимающих напряжений.

Известно, что динамические нагрузки, передающиеся грунтам земляного полотна, приводят к снижению их прочностных и деформативных характеристик. Это в конечном итоге оказывает негативное влияние на несущую способность земляного полотна и в большей степени на его деформативность. Таким образом, для учета деформаций необходимо:

• обеспечить устойчивость основания;

• установить величину конечной осадки насыпи;

• обеспечить завершение интенсивной части осадки в заданный срок;

• исключить недопустимые упругие деформации насыпи при движении транспорта.

Объект земляного полотна – насыпь, относится к объектам индивидуального проектирования. Индивидуальное проектирование обусловлено наличием в основании насыпи слабых грунтов (в данном случае – торф).

В соответствии с исходными данными расчетная ширина основной площадки определяется из условий обеспечения минимальных обочин земляного полотна.

Назначаем следующие геометрические параметры для расчета ширины основной площадки В:

Ширина балластной призмы поверху, l_бп = 7,7 м;

Толщина балластной призмы h_щ = 0,55 м;

Ширина обочины b_об = 0,5 м

В= l_бп + 2*1,5*h_щ + 2*b_об = 7,7 + 2*1,5*0,55 + 2*0,5 = 10,35 м.

К дальнейшему расчету принимаем насыпь с шириной основной площадки 10,40 м.

1. Расчет конечной осадки насыпи на слабом основании

Расчет делаем на основании следующих предпосылок: 1) Несущая способность основания насыпи обеспечена

2) Поскольку несущая способность обеспечена, рассматриваются только деформации уплотнения грунта и деформации ползучести.

Графоаналитический метод

Для определения конечной осадки насыпи необходимо построить график зависимости осадки грунта основания от нагрузки Р =f(S) и определить его точку пересечения с прямой расчетного давления Р_р.

где		̶	модуль осадки, определяемый по компрессионной кривой;
		̶	мощность рассматриваемого слоя;
		̶	количество слоев.

В пределах однородного слоя может возникнуть необходимость выделить слои, однородные с точки зрения напряженного состояния.

Выполним проверку необходимости делить слой торфа на несколько слоев, отличающихся по величине вертикальных нормальных напряжений.

Если на поверхности слоя торфа приложить нагрузку кг/см², на нижней грани слоя вертикальные нормальные напряжения составят:

Определение коэффициента

где		̶	нагрузка в рассматриваемой точке;
		̶	нагрузка от насыпи;

Для низа слоя торфа:

По номограммам, приведенным в [2], определим значение коэффициента

при

Нагрузка от насыпи заданной высоты составит:

где		̶	плотность насыпи,
		̶	высота насыпи,

т/м²

Для построения графика зависимости осадки грунта основания от нагрузки S = f(P) необходимо несколько значений Р. Зададимся следующими значениями Р:

Р₁ = Р_о =13,80 т/м²

Р₂= 2Р_о = 27,60 т/м²

Р₃= Р_о / 2 = 6,90 т/м²

Р₁ =13,80 т/м²

/м²

Р₂= 27,60 т/м²

Р₃ = 6,90 т/м²

/м²

По расчетной компрессионной кривой слоя торфа находим модули осадки от нагрузки . Значения сводим в таблицу 1.

Таблица 1.

Z, м	, т/м2	ер, мм/м	ер ср, мм/м
Р1 =13,80 т/м2
0	13,80	285	275
8,4	11,87	265
Р2= 27,60 т/м2
0	27,60	325	320
8,4	23,74	315
Р3 = 6,90 т/м2
0	6,90	210	202,5
8,4	5,93	195

Модули осадки для верхней и нижней частей слоя торфа в принятом диапазоне нагрузок практически не меняются, разница между полученными значениями составляет менее 10 %, следовательно, слой торфа можно не разделять на отдельные слои.

Определим осадку слоя торфа при принятых нагрузках:

При Р₁ =13,80 т/м²

При Р₂= 27,60 т/м²

При Р₃ = 6,90 т/м²

Зависимость = f ( S ) выражается формулой:

где		̶	плотность грунтов насыпи;
		̶	плотность грунтов насыпи во взвешенном состоянии;
		̶	высота насыпи

,0 = 1,84 - 1 = 0,84 т/м³

Рис. 1. Расчет осадки графоаналитическим способом, полученной расчетом

Р_о=15,77 т/м², S_кон=2364 мм.

Рис. 2. Расчет осадки графоаналитическим способом, полученной в программном комплексе GEO5

Ро=15,64 т/м², Sкон=2197 мм.

Расхождение в осадках составляет 167 мм, что в пределах допустимого.