Экзамен / Презентации / Часть 9
.pdf
ВОЗВЕДЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ОСОБЫХ УСЛОВИЯХ
Часть 9 А.Ф. Колос
ТЕМА:
Основы расчетов земляного полотна на слабых основаниях
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
2
1. Основные причины нарушения стабильности
земляного полотна на слабых основаниях
Многолетний опыт строительства и эксплуатации земляного полотна показывает, что причиной потери его стабильности являются следующие
основные виды разрушений и деформаций:
потеря прочности основания
осадка насыпи из-за уплотнения грунтов основания
потеря устойчивости откосов
Наличие деформаций сопровождается длительным отсутствием стабилизации, появлением просадок и перекосов. Таким образом, для того чтобы запроектировать земляное полотно, удовлетворяющее эксплуатационным требованиям, необходимо, чтобы были соблюдены основные условия стабильности:
обеспечена несущая способность основания;
обеспечена устойчивость откосов; достигнута
требуемая консолидация слабого основания;
разработаны мероприятия, обеспечивающие нормальную эксплуатацию земляного полотна с учетом осадки. Выполнение этих условий достигается проектированием земляного полотна на основании специальных расчетов.
Использование слабого грунта в качестве 
естественного основания всегда приводит к появлению деформаций насыпи. Одной из причин этих деформаций является разрушение основания, связанного с потерей его несущей способности (прочности).
Формы нарушения несущей способности
Выпор
С выдавливанием |
|
С выдавливанием |
|
Выдавливание грунта с |
грунта из-под насыпи |
|
грунта из-под насыпи с |
|
боковым уплотнением |
без нарушения |
|
потерей устойчивости |
|
без образования бугров |
устойчивости откосов |
|
откосов |
|
выпирания |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
Примеры потери нарушения стабильности 
земляного полотна на слабом основании Потеря прочности слабого
основания, сопровождающаяся разрушением насыпи
Земляноеполотно новой автомобильной дороги на торфе
При уширении |
При строительстве |
земляного полотна |
второго пути на |
на иольдиевых |
иольдиевых глинах |
глинах |
|
2. Особенности системы расчетов земляного 
полотна, опирающегося на слабые основания
Расчеты земляного полотна
По I – ому предельному состоянию: по несущей способности
1.Должна быть обеспечена несущая способность слабого основания в любой момент времени, начиная с момента начала
строительства. |
|
P ≤ γγs |
[P] |
n |
|
P - расчетные напряжения в основании земляного полотна от подвижного состава, веса верхнего строения пути, собственного веса грунтов насыпи, кПа; [P] – несущая способность слабого основания земляного полотна, кПа; - коэффициент надежности по ответственности сооружения (определяется категорией железной дороги); - коэффициент условий работы, принимаемый для слабых грунтовв нестабилизированном состоянии равным 0,85.
2.Должна быть обеспечена устойчивость откосов насыпи в любой моментвремени, начиная с момента начала строительства.
у Kу ≥ Ks
- расчетный коэффициент устойчивости откосов;
Кs – минимальный требуемый коэффициент устойчивости
По II – ому предельному состоянию: по деформациям
1. |
|
э |
|
|
э |
|
|
|
Остаточная деформация основания земляного |
||||||||
2. |
полотна (мм) в ходе эксплуатации не должна |
|||||||
Интенсивность |
э ≤ э |
|
(мм). |
|
||||
|
превышать допустимую |
|
|
|||||
|
должна ∆э |
|
|
|
|
∆э |
|
|
|
|
|
|
осадки основания земляного |
||||
3. |
полотна |
|
(мм/год) в ходе эксплуатации не |
|||||
Упругая осадка |
∆э≤ ∆э |
|
|
(мм/год). |
||||
|
превышать допустимую |
|
||||||
основания земляного полотна
под поездной нагрузкой у (мм) не должна превышать допустимую≤ у (мм) .
у у
4.Деформацияравномерногоморозного пучения грунтов не должна превышать допустимую
(мм).
3. Нагрузки на слабое основание земляного |
|
|
||
полотна |
Общая схема передачи нагрузки на |
|||
|
||||
|
земляное полотно и его основание |
|||
|
|
|
п − поезднаянагрузка |
|
|
всп− |
|
всп |
− нагрузкаотвесаверхнего |
4,0 м |
|
|
строенияпути |
|
|
п− |
|
− нагрузкаотвеса |
|
иболее |
|
|
грунтовнасыпи |
|
|
|
|
− |
|
|
Слабый грунт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочный минеральный грунт |
|||
При расчетах прочности и осадок (упругих и остаточных) слабого основания нагрузка от веса верхнего строения пути и поездная нагрузка учитываются при высоте насыпного слоя с учетом просевшей части менее 4,0 м. В противном случае – не учитываются, поскольку при мощности насыпного слоя 4,0 м и более их значения на поверхности основания практически равны нулю
|
Нагрузка на основание в процессе осадки |
|
На примере,когда уровеньводы |
|
||||||||||||
|
|
насыпи |
|
|
|
совпадает с поверхностью болота |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
взв |
= н |
− |
2 |
|
|
|||
, кПа |
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
||||||
|
= н |
+ кон |
t, мес. |
стаб |
|
|
|
t |
|
0,00 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
взв |
|
|
|
|
|
|
взв |
|
|
|
|
|
|
|
= н |
+ кон − |
+ н |
|
|
стаб |
н |
|
|
|
кон |
|
|
||
|
|
|
н |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кон |
||
|
|
|
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начало строительства |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
годы) |
||||
|
|
|
стаб |
|
|
t, месяцы ( |
, м |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4.Напряженное состояние основания земляного полотна
при простейшем очертании нагрузки (в виде равнобокой трапеции)
n = 2Ba
главные напряжения: 1 и 2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1R4 |
|
|
||
|
|
|
|
n(α1 |
+α2 +α3 )+(α1 +α3 )+d (α1 −α3 )−v |
ln |
|
|
+ |
|||||||||||||||||||||||
σ1 |
|
1 |
|
R R |
|
|||||||||||||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 3 |
|
|
|
|
||
p |
π n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
R R |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0 |
|
|
|
+v |
|
ln2 |
1 4 |
|
+(α1 −α3 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R1R4 |
|
|
||
|
|
|
|
n(α1 |
+α2 +α3 )+(α1 +α3 )+d |
(α1 −α3 )−v |
ln |
|
|
− |
||||||||||||||||||||||
σ2 |
|
1 |
|
|
R R |
|
||||||||||||||||||||||||||
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 3 |
|
|
|
|
||
p |
π n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
R R |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
0 |
|
|
|
−v |
|
ln2 |
|
|
1 4 |
+(α1 −α3 ) |
|
|
|
и |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
и касательные |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
σpz |
= π1n |
n(α1 |
+α2 |
+α3 )+(α1 +α3 )+d (α1 −α3 ) |
|
||||||||||||||||||||||||
|
нормальные напряжения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
σ |
|
|
|
1 |
|
n(α1 +α2 +α3 )+(α1 |
+α3 )+d (α1 |
−α3 )− |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
px |
|
|
−2 v ln |
R1R4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
π n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
R2 R3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τz |
= − |
|
v |
(α1 − |
α3 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
При сложном очертании эпюры внешнего воздействия от веса несимметричной насыпи на поверхность слабого основания используют метод суммирования напряжений от различных простейших эпюр (распределенных по закону прямоугольника или треугольника), на которые разбивается фактическая сложнаяэпюранапряжений. Решаютзадачувосновномс использованиемЭВМ.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
5. Методы оценки несущей способности слабого |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||
Мора - Кулона |
1 |
− 2 |
|
1 + 2 |
|
|
|
|||
основания и устойчивости откосов земляного полотна |
|
|
||||||||
где – большее главное напряжение; |
|
– |
|
= |
2 |
sin + cos |
|
|
||
Условие прочности |
|
2 |
|
|
|
|
|
|||
1 |
2 |
|
меньшее главное напряжение; |
|
– угол |
|||||
|
|
|
|
|
||||||
внутреннего трения грунта основания; С – удельное сцепление грунта
В тех точках основания, где выполняется это соотношение, наступает
предельное напряженное состояние.
Дальнейшее изменение соотношения полусуммы и полуразности главных напряжений может привести к разрушению грунта в этих точках, т. е. к переходу его в запредельное состояние.
Если не только в одной точке, но и в соседних с ней, возникает запредельное напряженное состояние, то образуются целые зоны разрушения, локализация которых может быть различной в зависимости от очертания поперечного профиля насыпи
1 – зона разрушения
2 – дополнительное боковое сжатие
1
1
Основные подходы в решении задачи об оценке несущей способности слабого основания
1. Использование теории предельного равновесия грунтового массива
Суть пртеории состоит в определении предельной нагрузки , при которой грунт в целом переходит в
состояние предельного равновесия. Дальнейшее, даже |
||||||||||||
незначительное, |
|
увеличение |
|
нагрузки |
вызывает |
|||||||
разрушение основания с образованием сплошных |
||||||||||||
поверхностейскольжения. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Основание не может считаться «безопасным» |
||||||||||
еще до момента наступления такого состояния. Таким |
||||||||||||
образом, необходимо знать не предельную нагрузку, а |
||||||||||||
допустимую или |
|
безопасную |
|
нагрузку |
|
, которая |
||||||
еще работатьнормальнобез . с |
пр |
сооружение может |
||||||||||
меньше предельной, и при которой |
|
|
|
без |
|
|||||||
где |
с |
– |
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
коэффициент условий работы; |
|
– коэффициент |
|||||||
надежности по ответственности сооружения (по СП |
||||||||||||
22.13330.2012) |
|
Условие обеспечения несущей |
||||||||||
способности основания земляного полотна
факт ≤ безфактили≤ с пр