2567

Отсутствует в практике проектирования четкая классификация современных рациональных типов конструкций укрепления. Одно из основных требований:тип укрепления откосов насыпей и выемокнеобходимо принимать взависимости отфизико-механических свойств грунтов, слагающих откосы земляного полотна, погодно-климатических и гидрометеорологическихфакторов, гидрологического режима подтопления, высоты насыпи и глубины выемки, наличия местных материаловдля укрепительных работ. [2].

Первоочередными задачами по проектированию укрепительных сооружений являются продолжение исследований по обоснованию критериев всех факторовгидрометеорологических воздействий и их пространственновременного проявления, обоснованиюусловий применяемости различных типов укреплений, а также разработка основополагающего документа по проектированию конструкций укреплений откосов.

Библиографический список

1.Львович Ю.М. Укрепление откосов земляного полотна автомобильных дорог. – М.:

Транспорт, 1979. – 159 с.

2.Львович Ю.М. Влияние циклического промерзания-оттаивания и набуханиявысушивания на сопротивляемость глинистых грунтов сдвигу. В сб.: Вопросы инженерной геологии. – М.: Наука, 1970, с. 106-116.

3.Перезвонников Б.Ф., Селивестров В.А., Афонина М.И. Укрепление подтопляемых откосов автомобильных дорог. – М., 2009. – 60 с.– (Автомоб. дороги и мосты: Обзор. информ./ ФГУП «ИНФОРМАВТОДОР»; Вып.5).

Научный руководитель ст. преподаватель В.А. Шнайдер

УДК 625.7/8

ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ГРУНТАХ

А.А. Губенко, А.Н. Иванченко, Е.А. Носов, студенты Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

Изучение фильтрации воды в грунтах и различных пористых материалах представляет большой практический интерес при строительстве автомобильных дорог. Фильтрационные расчеты используются при проектировании подпорных гидротехнических сооружений (земляные плотины, перемычки, дамбы), водопроводящих каналов, дренажных систем, при осушении грунтового основания земляного полотна.

Фильтрационные расчеты позволяют определить необходимое оборудование и выбрать способ производства работ при понижении уровня грунтовых вод в строительных котлованах и в основаниях инженерных сооружений. Процесс фильтрации – это движение жидкости в

21

пористой или трещиноватой средах. Пористая среда – физическое тело, имеющее в своем объеме пустоты произвольных размеров и форм. Пористая среда может быть представлена горными рыхлыми и трещиноватыми породами, искусственными сыпучими материалами, волокнистыми минеральными и синтетическими изделиями и другими телами, содержащими внутри себя пустоты (поры). Движение жидкости в ней возможно только в том случае, когда поры и трещины сообщаются между собой.

На свойства пористой среды влияют размер, форма и объём пор, удельная поверхность твердой составляющей, её химический состав, а жидкость, фильтрующая в ней, в свою очередь, обладает различными физическими свойствами (плотность, вязкость, упругость). Пористая среда вместе с находящейся в ней жидкостью, на которую действуют массовые и поверхностные силы, представляет собой гидравлическую систему, которая изучается в теории фильтрации. Пористость материала (n) определяется как отношение объёма пор (Wn)ко всему объёму материала

(W). Для оценки фильтрационной среды используется параметр, называемый коэффициентом пористости, который определяется как отношение объема пор к объему твердых частиц материала, составляющих его скелет (Wm).

Жидкость в виде реального потока, перемещающегося в пористой среде, движется непосредственно через поры. Поровые каналы в материалах и их горных породах имеют разнообразную форму и размеры. Расход жидкости, проходящей через поры всего объёма материала, называется фильтрационным расходом. Средняя скорость в порах среды находится как отношение скорости фильтрации к значению пористости материала.

Область пористой среды, заполненная движущейся жидкостью, называется областью фильтрации. Если в области фильтрации гидростатические напоры и скорости изменяются во времени, то такая фильтрация является неустановившейся. Фильтрация считается установившейся, когда напоры и скорости в определенных точках области фильтрации не зависят от временного фактора. Частным случаем фильтрации является движение подземных вод в пористых и трещиноватых горных породах. Подземные воды подразделяются на грунтовые и артезианские.

Средняя скорость фильтрационного потока определяется по формуле

Эта линейная зависимость является основным законом фильтрации Дарси. Коэффициент k получил название коэффициента фильтрации, который имеет размерность скорости и является постоянным для данного

22

песка или другого пористого материала [1]. Понятие фильтрации неразрывно связано с водопроницаемостью (способность грунтов пропускать через свою толщу воду под влиянием силы тяжести).

Водопроницаемость является чрезвычайно важным свойством грунтов. Её необходимо учитывать при использовании грунта для возведения насыпей, при устройстве водоотводных и осушительных (дренажных) сооружений, при расчётах скорости уплотнения грунта поднагрузкой. Водопроницаемость значительно зависитот степени их уплотнения. Коэффициентфильтрации при уплотнении грунта изменяется в линейной зависимости от коэффициента пористости. В сильно уплотненных глинистых грунтах тонкие поры между частицами заполнены замкнутой капиллярной и связанной водой. При малых значениях гидравлического градиента фильтрующаяся вода не может преодолеть вязкого сопротивления смещения водных плёнок, адсорбированных на грунтовых частицах и практически закрывающих тонкие поры между частицами и находящихся в порах пузырьков защемленного воздуха. Движение её через грунт оказывается возможным лишь при превышении критического значения гидравлического градиента, которое называют начальным градиентом. До этого значения коэффициент фильтрации ничтожно мал, и грунты можно считать практически водонепроницаемыми [2].

Вопрос водоотвода в дорожном строительстве является очень важным. Система водоотвода состоит из ряда сооружений и конструктивных мероприятий, предназначенных для перехвата и отвода воды, поступающей к земляному полотну, или для преграждения доступа в верхнюю часть земляного полотна. Целью её устройства является предотвращение переувлажнения земляного полотна, обеспечение постоянного безопасного режима влажности грунтовых оснований дорожных одежд.

Для отвода поверхностной воды, выпадающую на дорогу в виде осадков и притекающую к ней, придают выпуклое очертание поперечному профилю земляного полотна и дорожной одежды; планируют и укрепляют обочины; устраивают боковые водоотводные канавы или используют для этого резервы у дорожных насыпей; устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, которая стекает по склонам местности к дороге. Для обеспечения стока воды с покрытия поперечный уклон проезжей части, направленный от середины к обочинам, должен быть тем больше, чем меньше ровность поверхности покрытия, так как вода, испытывая сопротивление стеканию, может застаиваться в неровностях поверхности и просачиваться в покрытие. Обочинам придают больший поперечный уклон, чем покрытию, так как на их поверхности при эксплуатации могут появляться неровности, вызванные заездом автомобилей, а застои воды даже на укрепленной обочине приводят к переувлажнению земляного

23

полотна. В зависимости от типа грунта земляного полотна и типов покрытий обочины устраивают с уклоном на 10-20‰ большем, чем покрытие (40 ‰). Если обочины не укреплены или вдоль покрытия не уложены краевые полосы, условия работы краев покрытия резко ухудшаются, что часто вызывает их обламывание [3].

Процессы фильтрации и водопроницаемости грунтов необходимо обязательно учитывать при проектировании автомобильных дорог, так как самый главный враг инженерных сооружений – вода. В современных условиях строительства и проектирования часто используются геосинтетические материалы, которые хорошо обеспечивают дренажные, защитные и укрепительные свойства откосных частей и тела насыпи.

Библиографический список

1.Ухин Б.В., Мельников Ю.Ф. Инженерная гидравлика. Под редакцией Б.В. Ухина. / Учебное пособие – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов,2007. – 344 с.

2.Бабков В.Ф., Бкзрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов: Учеб. пособие для автомоб. дор. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1986. – 239 с.

3.Бабков В.Ф., Андреев О.В. Проектирование автомобильных дорог. Ч. 1: Учебник для вузов. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1987. – 368 с.

Научный руководитель ст. преподаватель В.А. Шнайдер

УДК 656.13

АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ОРГАНИЗАЦИИ ДВИЖЕНИЯ НА ТРАНСПОРТНОМ ПЕРЕСЕЧЕНИИ В ГОРОДСКИХ УСЛОВИЯХ

С.С. Дубровский, студент Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск

Организация движения на транспортном пересечении зависитотего типа. Выбор типа транспортного пересечения определяется многими факторами, которые необходимо рассматривать комплексно, определяя влияние каждого в отдельности и всовокупности. Рассмотрим характер и степеньвлияния основных общепринятых факторов, по которым выбирают тип транспортных пересечений в разных уровнях в городских условиях [1, 2]:

-размеры движения транспорта;

-интенсивность право- и левоповоротных потоков;

-интенсивность движения пешеходных потоков;

-технико-экономическая оценка ;

-условия рельефа местности и гидрогеологические условия.

Непосредственно на организацию движения на транспортном

пересечении влияют такие факторы, как:

24

-безопасность движения транспорта и пешеходов;

-схема организации движения общественного транспорта;

-наличие подземных инженерных сетей;

-учет отрицательного воздействия транспорта на окружающую среду;

-наличие свободной территории, характер прилегающей к узлу застройки;

-архитектурно-композиционные требования.

Выбор типа транспортного пересечения в разных уровнях для конкретных условий представляет собой весьма сложную задачу, он должен быть наиболее прогрессивным и рациональным. Очень часто влияние различных факторов создает конфликтующие требования, и рациональное решение приходится принимать в ущерб тем или иным положениям.

В городских условиях очень актуален вопрос о полноте транспортной развязки. Полные транспортные развязкитребуют для своего размещения больших площадей, найти которые вгороде, особенно в условиях сложившейся застройки, часто невозможно. Кроме того, не всегда интенсивность левоповоротных потоков оправдываетзатраты на строительство для них специальных съездов. Часто считается, что для достижения необходимой пропускной способности пересечениядостаточно обеспечить непрерывное движение по главному (как правило, прямому) направлению, а поворачивающие потоки развязатьс помощьюсветофорного регулирования, или вообще убрать то направление, интенсивностьдвижения по которому наименьшая. Наряду с интенсивностью движения на каком-либо направлении, рассматриваюти количество конфликтных точекпересечения потоков. Учитывая эти факторы, иногда принимается такое решение организации движения на транспортном узле, которое не даетвозможности использовать то направление, на котором не обеспечивается нормативная безопасностьдвижения, икоторое считается экономически невыгодным из-за малой интенсивностидвижения на нем.

При анализе вариантов организации движения на транспортном пересечении по общепринятым показателям не учитывается удобство, доступность направлений движения, которую обеспечивает развязка.

Транспортное пересечение, если рассматривать этот объект как продукт, должно быть доступно как можно большему числу потребителей, т.е. водителей и пассажиров. К тому же в городе транспортное пересечение тесно взаимосвязано с соседними элементами улично-дорожной сети. И если мы снимаем нагрузку с транспортного узла, убирая какое-либо направление, то автоматически увеличиваем интенсивность движения на прилегающих улицах, проездах и соседних пересечениях.

25

Поэтому необходимо рассмотреть еще один критерий при выборе типа транспортной развязки, а именно ввести нормативный коэффициент возможных направлений (1).

где Кв – количество возможных направлений движения, Кн – количество необходимых направлений на пересечении. Квн = 1 - нормативный коэффициент.

Еслиданный коэффициентК<1,этозначит,чтопридвижении по такому пересечениюнетвозможностипопастьна одноилинесколькоиз направлений. Вчисловозможныхнаправленийдвиженияследуетвключитьобратное движение,т.е. возможностьразвернуться натранспортном пересечении и уехатьвобратном направлении. Вусловияхгорода этоимеетважноезначение, когданеобходимыйвамобъект(жилоеили общественноездание,въезд в микрорайони т.п.)находитсяна противоположнойстороне улицыс непрерывнымдвижением.

ВесомостькоэффициентаКвн присравнениивариантоворганизации движенияможноопределить,проанализировавплюсыиминусыврезультате исключениядвижениявкаком-либонаправлении.Положительнымисторонами являютсяувеличениебезопасностидвиженияиуменьшениестоимости транспортногопересечения,авотувеличениеинтенсивностидвиженияпо остальнымнаправлениям,уменьшениепропускнойспособностинаних,снижение удобствадвижения,перепробег,транспортныепотери,ущерботДТП–это отрицательныепоказатели.

Сравним и оценим несколько вариантов организации движения с помощью коэффициента возможных направлений, чтоб показать какон работает на практике, на примере транспортного пересечениявгороде Москве.

На данном пересечении главными направлениями являются Ленинградский проспект, улица 1-я Тверская-Ямская, улица Грузинский Вал, улица Бутырский Вал, улицы 1-я и 2-я Бретские. По Брестским улицам движение транспорта одностороннее, по остальным – двустороннее. В вариантах №1, №2, №4 движение по улице 1-я Бретская осуществляется в направлении к площади Белорусского вокзала, по улице 2-я Бретская – от нее. В варианте №3 направления движения поменяли местами.

Рассмотрим количество доступных направлений при движении с направления «ул. Грузинский Вал» (рис. 1 – 4):

26

растворяетчастицы пород и выноситпродукты разрушения. При одновременном действии этих двух видов суффозии применяют термин

химико-механическая суффозия. Суффозионная устойчивость – сохранение частицами грунта своего первоначальногоположения при воздействии на них фильтрационного потока [1].

Суффозия нескального грунта, возникающая втеле или в основании гидротехнического сооружения, может рассматриваться взависимости от характера ее проявления как внешняя или внутренняя.Внешняя суффозия – это разрушение грунта фильтрационным потоком, проявляющееся в виде:1) поверхностного размыва (эрозии)грунта потоком, протекающим внутри обратногофильтра дренажа, по щелям (например, под подошвой сооружения) или внутри полых трещин в скальном массиве, кровля которого сложена мелкозернистым грунтом; 2)отрыва и выноса частиц грунта непосредственно с его поверхности и из приконтактной зоны на участках разгрузки фильтрационного потока (нисходящего или восходящего), например, при выходе вдренаж;3)выпора на отдельных участках основания целых объемов грунта, который при этом обычно разуплотняется под действием фильтрационных сил.

Суффозионная устойчивость несвязного грунта в зоне его контакта с другим более крупнопористым грунтом или материалом дренажа существенно зависит от направления фильтрационного потока по отношению к направлению силы тяжести. При нисходящем потоке грунт оказывается более устойчивым вследствие образования в контактной зоне сводиков из отдельных сравнительно крупных частиц, а при восходящем потоке такие сводики не образуются.

Внутренняя суффозия нескальных грунтов различается на объемную и фронтальную (рис. 1).Объемная суффозия, возникающая сразу во всем объеме однородного грунта, где градиенты напора фильтрационного потока достигают «критических» значений, при которых начинается перемещение мелких незащемленных частиц заполнителя впорах скелета грунта. Интенсивность объемной суффозии (массовый расход транспортируемых потоком частиц заполнителя) возрастает по мере увеличения градиента напора (рис. 1, а). Разновидностью внутренней суффозии является выщелачивание содержащихся в грунте водорастворимыхминералов(химическая суффозия).

При фронтальной суффозии (рис. 1, б) происходит отрыв и перемещение мелких частиц грунта, заполняющих в определенной зоне поры его скелета, когда процесс суффозии развивается сразу на достаточно больших участках поверхности, ограничивающей внутри грунта эту зону. В результате фронтальной суффозии может произойти резкое изменение проницаемости грунтовой толщи и ее деформативных свойств: контактный размыв мелкозернистого пропластка в слоисто-неоднородной толще грунта (рис. 1, в), в результате которого могут произойти значительные

30