Современные научные исследования в дорожном и строительном производс

тельства и эксплуатации, применяемых для различных климатических и геологогидрологических условий.

2. Известные типовые решения по организации водоотвода, которые представляют собой жестко регламентированные однотипные конструкции и размеры как прикромочных, так и откосных лотков не отвечают требованиям нормативного обеспечения транспортно-эксплуатационных показателей современных дорог и ВПП.

Список литературы

1. Перевозников Б.Ф., Ильина А.А. Сооружения системы водоотвода с проезжей части автомобильных дорог. – М., 2002. – Вып. 2. – 60 с. (Автомоб. дороги: обзорн. информ. / Информавтодор).

2.Ильина А.А. Конструкции водоотводных устройств в пребордюрных пространствах, применяемые на автомобильных дорогах зарубежных стран. – М., 2001. – Вып. 2. – С. 35–43. (Автомоб. дороги: информ. сб. / Информавтодор).

3.Перевозников Б.Ф. Устройство водоотвода на автомобильных дорогах. – М., 1992. – Вып. 2. – 59 с. (Автомоб. дороги: обзорн. информ. / Информавтодор).

321

ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ГРУНТА ВДОЛЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ СДВИГА

Е.Б. Угненко, О.Н. Тимченко

Харьковский национальный автомобильно-дорожний университет, Украина

В массиве грунт находится в сложном напряженном состоянии. Для понимания сути геологических процессов и получения необходимой информации целесообразно исследовать физические свойства грунта, т.е. охарактеризовать грунт как материал, воплощенный в реальную конструкцию земляного сооружения. Приняв за основу такой подход, рассмотрим особенности напряженного состояния тела и основы земляной дамбы вдоль потенциальной поверхности скольжения (рис. 1). Это также предопределено тем, что сопротивление любого материала (в том числе и грунта) является функцией напряженного состояния из бесконечного числа факторов, которые прямо или косвенно влияют на закономерности деформирования и прочность грунта в зоне поверхности скольжения. Характер напряженного состояния является главным фактором процессов, которые изучаются.

Изменение напряженного состояния сооружения или основы ведет к его деформации, которая проявляется в изменении объема (сжатие–растяжение) и формы (сдвиг). В реальных условиях чаще происходят деформации, при которых одновременно изменяется и объем и форма тела. При этом деформации могут иметь как упругий (обратимый), так и пластичный (необратимый) характер. На него существенно влияют особенности напряженного состояния грунта в той или другой часте сооружения. В этой связи возникает гипотеза о распределении потенциально неустойчивой части сооружения и его основы (см. рис. 1) на поясаили зоны, в которых преобладает тот или иной вид напряженного состояния. Отметим, что такой прием распространен при изучении условий работы всех инженерных сооружений и их конструктивных элементов (балки, плиты, фермы

ит.п.) [1].

Взависимости от преобладающего вида напряжения в грунте возможны следующие типы разрушений: при растяжении – разрыв, сдвиг, разрыв со сдвигом; при сжатии – сдвиг, продольный разрыв, сдвиг с продольным разрывом [2] . Для деления массива на пояса или зоны в зависимости от вида напряженного

идеформированного состояния необходимо иметь количественные критерии, которые в достаточной мере отражали бы состояние грунта в той или иной части сооружения. Поскольку в механике грунта напряженно-деформированное состояние принято характеризовать на основе теории прочности О. Мора главными на-

пряжениями σ1, σ2, σ3 или главными удлинениями ε1, ε2, ε3, следует считать целесообразным и классификацию видов напряженного состояния представить этими же показателями. Последнее лучше всего осуществить, используя предложение

322

В.М. Розенберга и Г.А. Смирнова-Аляева [3], которые дали графическую интерпретацию зависимости характеристик напряженного состояния от главных напряжений (рис. 2, а) и от главных удлинений (рис. 2, б).

Рис. 1. Разделение тела и основы дамбы на зоны (пояса) в зависимости от напряженного состояния вдоль потенциальной поверхности сдвига: 1 – растяжение; 2 – сдвиг при наличии незначительных сжимающих напряжений; 3 – сдвиг при значительном вертикальном сжатии; 4 – простой сдвиг; 5 – сдвиг

при доминирующем горизонтальном сжатии

Рис. 2. Графическая интерпретация характеристик по В.М. Розенбергу: а – напряженное; б – деформированное состояние

Приняв точку о (см. рис. 2, а) за начало отсчета, на луче ох в заданном масштабе откладывают значения главных напряжений σ1, σ2, σ3. На отрезке АВ, длина которого равняется максимальной разнице главных напряжений σ1 и σ3, как на основе, строят равносторонний треугольник АВС. Если точку D, которая делит от-

резок АВ, в соотношении σ1 − σ2 соединить с вершиной треугольника, длина от-

σ3 − σ2

резка СD будет равняться интенсивности напряжений σi:

323

Вид напряженного состояния можно найти с помощью угла βσ и параметра Лоде – Надаи µσ, который определяется как соотношение длины отрезка ND к длине отрезка NВ:

На рис. 2, б показано аналогичное построение графической интерпретации зависимости характеристик деформированного состояния от главных удлинений.

В соответствии с [3] напряженно-деформированное состояние можно представить тремя основными видами:

1) растяжением, если среднее главное напряжение σ0, которое характеризует равновесное растяжение-сжатие и по изменению объема равняется наименьшему значению с учетом знака главного напряжения (0 < β < 15°):

2) сдвигом, если σ0 точно или приблизительно равняется половине суммы двух главных напряжений |0 < β < 45°|;

3) сжатием, если σ0 равняется максимальному с учетом знака главного

Разделение возможных деформированных состояний на три основных вида позволяет аппроксимировать условия пластичности σi = const группой линейных выражений относительно главных компонентов тензора [3]:

При потере равновесия грунтовых массивов возможны две основные кинематические схемы движения грунта: вращение относительно одного или нескольких мнимых центров; сдвиг вдоль поверхности (горизонтальной, вертикальной, под некоторым углом к горизонту).

324

В естественных условиях имеет место комбинированная кинематическая картина движения. Например, при полном разрушении сооружения на слабых основаниях сначала осуществляется разрушение грунта на участках, где соотношение между сдвигающими и нормальными напряжениями превышают критические значения, а также неравномерная деформация основы в виде сплющивания.

Рассматривая экспериментальные типы разрушения грунта вдоль потенциальной поверхности сдвига, отметим, что разрушение в виде разрыва наблюдается в локальной области (например, в зоне действия растягивающих напряжений). К тому же при потере стойкости и в этой зоне будет перемещение одной части грунта относительно другой. Преобладающим типом разрушения является сдвиг (срез). В этом случае вместо теории максимальных касательных напряжений лучше использовать энергетическую теорию Мизеса – Генки.

Список литературы

1.Писаренко Г.С, Лебедев А.А. Деформирование и прочность материалов при сложном напряженном состоянии. – Киев: Наукова думка, 1976. – 211 с.

2.Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. – М.: Стройиздат,

1973. – 375 с.

3. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. – М.: Машгиз, 1961. – 368 с.

325

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛАКОЩЕЛОЧНЫХ ВЯЖУЩИХ В ТЕХНОЛОГИИ УСТРОЙСТВА ОСНОВАНИЙ ДОРОГ

А.В. Чазов, М.А. Акбуляков, А.Л. Малкин

Пермский государственный технический университет, Россия

Металлургические шлаки являются ценным сырьем для производства вяжущих материалов. Вопросам использования шлаков в строительной индустрии посвящены исследования П.П. Будникова, Ю.М. Бутта, В.С. Горшкова, Н.А. Торопова и других ученых. Одним из прогрессивных направлений применения попутных продуктов металлургического и химического производства являются вяжущие на основе шлаков и соединений щелочных металлов.

Встроительстве дорог весьма существенным является вопрос замены цементов шлакощелочными вяжущими (ШЩВ) на основе отходов продуктов металлургической и химической промышленности. Особым свойством ШЩВ является возможность получения высококачественных смесей на некондиционных местных заполнителях, содержащих до 20 % пылеватых и 5 % глинистых частиц,

ккоторым относятся местные пески, супеси, легкие суглинки. Другим важным свойством ШЩВ является способность набирать прочность при низких отрицательных температурах, так как в качестве затвердителя используется не вода, а растворы едких щелочей.

Получение высокопрочных грунтовых смесей на местных заполнителях позволит решить проблему обеспечения нужд строительства шлакогрунтом при одновременном сокращении железнодорожных перевозок, что является важным фактором развития производительных сил страны.

Всоответствии с поставленной целью были сформулированы следующие

задачи:

1. Исследовать влияние раннего замораживания на кинетику гидратации вяжущего и твердение шлакогрунтов.

2. Разработать технологию приготовления и укладки шлакогрунтов при строительстве автодорог, автостоянок и площадок.

3. Осуществить производственную апробацию предложенных способов технологии устройства оснований автодорог из шлакогрунтов.

Для лабораторных и производственных экспериментов в качестве вяжущих веществ применяли гранулированные молотые шлаки с Мо = 0,94…0,99 Чусовского металлургического завода и щелочные компоненты – продукты Березниковского содового завода: смесь щелочей (NaOH 55,7 % + КОН 28,5 %); красный каустик (КОН 90 %).

326

Для изготовления образцов из шлакогрунта использовались пески, супеси и суглинки местных карьеров с. Большая Соснова Пермского края.

Поскольку свойства шлакогрунта во многом определяются свойствами его составных компонентов (вяжущим и заполнителями), качеством контактной зоны вяжущее–заполнитель и соотношениями между ними, то в работе одновременно исследовались свойства шлакощелочного камня и шлакогрунта

Состав шлакощелочного камня изучался методом химического анализа, фазовый состав определялся с применением рентгенографического и термографического методов анализа.

Весьма важным вопросом в строительстве дорог является вопрос возведения оснований дорог при низких температурах.

Анализируя влияние раннего замораживания на интенсивность роста прочности шлакощелочного камня и шлакогрунта, в том числе при последующем их хранении в нормальных температурно-влажностных условиях, установили, что при низких температурах интенсивность твердения замедляется, но не прекращается, и с повышением температуры до положительного знака прочность возрастает с интенсивностью твердения, равной или выше контрольных образцов. Физико-химические анализы показали, что при отрицательных температурах в твердении шлакощелочных композиций происходит сдвиг в фазовом составе новообразования только в начальные сроки твердения, существенно не отражаясь на их количественном и качественном составе в последующие сроки твердения при положительной температуре. Механизм «торможения» интенсивности твердения шлакощелочного камня в раннем возрасте при низких температурах заключается в том, что с началом льдообразования в жидкой фазе теста нормальной густоты увеличивается концентрация гидроксидов натрия (Na2О), калия (К2О), при этом снижается растворимость окиси кальция (СаО), содержащейся в шлаковом стекле, поэтому закономерно, что при низких температурах в шлакощелочном камне в начале твердения образуются двухосновные гидросиликаты кальция C2SH, которые с течением времени переходят в смешанные гидросиликаты.

При понижении температуры до –20 °С сроки схватывания шлакощелочного вяжущего удлиняются до 18 ч.

С целью ускорения твердения шлакощелочных вяжущих при раннем их замораживании предложено:

–повышать температуру щелочного компонента до +60 °С;

–увеличить тонкость помола шлака до 5500 см²/г.

Для подбора составов и исследования физико-механических свойств грунтовых смесей на шлакощелочных вяжущих были использованы грунты, наиболее распространенные в Пермском крае (пески, супеси, суглинки).

При установлении пригодности грунта для укрепления минеральными вяжущими учитывались минералогический и химический составы укрепляемого грунта. Для этой цели определялись гранулометрический (зерновой) состав, объемная масса, влажность, число пластичности.

327

При исследовании кинетики твердения шлакогрунта с целью охвата максимального диапазона взяты составы с расходом молотого шлага от 240 до 300 кг/м³, плотностью щелочных компонентов ρ = 1,16…1,24 г/см³ на 3 видах местного грунта.

Партию свежеотформованных образцов помещали в морозильную камеру на 28 сут при температуре –20 °С. Вторую партию образцов выдерживали на мерзлом грунте в естественных условиях твердения без применения средств утепления.

Контрольные образцы шлакогрунта твердели в нормальных температурновлажностных условиях.

Образцы испытывались на прочность через 10, 15, 20 и 25 циклов замораживания – оттаивания. Одновременно испытывались контрольные образцы.

Установлено, что образцы шлакогрунта при ρ = 1,2 г/см³ после 28 сут хранения на морозе набирают прочность от контрольных:

–при температуре твердения –10 °С 34,2–38 % от R28контр;

–при температуре твердения –20 °С 20,1–26,2 % от R28контр;

При последующем твердении до годичного возраста прочность шлакогрунта возрастает с интенсивностью, равной интенсивности твердения в нормальных условиях, и приближается к прочности контрольных образцов. Прочностные показатели шлакогрунта возрастают с увеличением плотности затворителя и достигают максимального значения при ρ = 1,2 г/см³.

В заключение сделаем следующие выводы:

1.Установлено, что местные грунты, укрепленные шлакощелочным вяжущими, пригодны для устройства оснований дорог в осенне-зимний период.

2.Раннее замораживание не оказывает существенного влияния на морозостойкость шлакогрунтов в основаниях дорог.

3.В целях прогнозирования роста прочности шлакогрунта во времени разработана математическая модель интенсивности твердения шлакогрунтощелочных смесей.

Список литературы

1. Чазов А.В, Баталин Б.С, Строкинов В.Н. Применение шлакощелочных материалов в дорожном строительстве // Пермские строительные ведомости. –

1997. – №. 2. – С. 14–15.

2. Чазов А.В. Процессы твердения шлакогрунтов и технология устройства оснований дорог при положительных и отрицательных температурах: автореф. дис. … канд. техн. наук. – Пермь, 1997. – 15 с.

328

ИСПЫТАНИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

И.Б.Челпанов

Санкт-Петербургский государственный технический университет, Россия

Ю.Э. Васильев, В.В. Каменев

Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет, Россия

С.М. Евтеева

Саратовский государственный технический университет, Россия

Средства измерений (СИ) (англ. measuring instruments), в первую очередь измерительные приборы (англ. measuring devices), могут занимать в проблематике испытаний различное место. Совокупность средств измерений обычно является важнейшей составной частью комплекса испытательного оборудования, она обеспечивает измерение параметров воздействий, создаваемых стендами, и измерение параметров состояния объектов испытаний. Измерение воздействий необходимо, если испытательные стенды сами по себе имеют недостаточную точность и стабильность, или если воздействия значительно изменяются на пути от их источника к испытуемому объекту, или если нужно во время испытаний контролировать состояние объекта. Средства измерений могут также использоваться как датчики обратных связей в цепях автоматического управления стендами.

Такие задачи характерны для средств измерений и испытаний дорожностроительных материалов, таких как: автоматизированные прессы, дуктилометры, пенетрометры, растяжные стенды и другое оборудование. В их состав входят первичные и вторичные измерительные преобразователи, микропроцессорные устройства, специализированное программное обеспечение. Они обладают возможностями самотестирования и самообучения.

Однако средства измерений в других условиях являются сами по себе объектами испытаний. Именно такие задачи рассматриваются ниже. При этом необходимо различать два типа ситуаций:

1.При испытаниях определяются свойства сохраняемости, т.е. отсутствия повреждений или любых необратимых изменений, происходящих в процессе испытаний и выявляемых только после окончания испытаний. В этих ситуациях СИ по отношению к испытаниям ничем не отличаются от всех других технических средств за исключением необходимости контроля после испытаний.

2.Целью испытаний СИ является определение или контроль точностных,

впервую очередь нормируемых (установленных нормативными документами), метрологических характеристик, характеризующих точность этих СИ в самом

329

процессе испытаний. Испытания могут производиться при задании только тех величин, для измерения которых СИ предназначено (например, для акселерометра это ускорение). Но дополнительно могут задаваться также и другие – «мешающие» воздействия, которые принято называть влияющими факторами. Например, для акселерометра это температура, повышенная или пониженная по сравнению с нормальной.

В отношении СИ главными являются испытания на воздействия, основные по назначению (например, при поверке вольтметра – это напряжение, для акселерометра – ускорение, для динамометра – сила и т.п.) в так называемых нормальных условиях (в первую очередь, при температуре, влажности и давлении в узких, установленных пределах). Процедуры таких испытаний, подробно описанные и регламентированные в большом числе метрологических стандартов и других нормативных документов, специфичны именно для метрологии. В метрологии взамен единого понятия испытаний и общетехнических видов (аттестация, сертификация) вводится целая группа специфических понятий и процедур, таких как: калибровка, градуировка и поверка. Во всех случаях подразумевается проведение экспериментальных исследований, испытаний, однако первостепенными считаются признаки определенного статуса или уровня, масштаба, области применения, а также вида документального подтверждения.

При аттестации объектами являются единично изготовленные средства измерений или ввозимые в единичных экземплярах из-за границы; испытания при этом относятся к виду определительных. Калибровка предусматривает определительные испытания на уровнях ниже государственного; в последнее десятилетие роль калибровки значительно возросла. Сертификационные испытания, осуществляемые

врамках определенных систем сертификации специально зарегистрированными испытательными лабораториями, могут применяться как к единичным, так и серийно изготавливаемым средствам измерений, они являются контрольными, поскольку

врезультате констатируется и документируется сертификатом соответствие определенным требованиям (пунктам) технических условий.

Вотношении СИ особое место занимает поверка. Поверка СИ (англ. verification of a measuring instruments) определяется как установление органом государственной метрологической службы или другим официально уполномоченным органом пригодности средств измерений на основании экспериментально определяемых (т.е. определяемых по результатам испытаний) метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям. В СССР, а теперь по традиции и в России, права на поверку СИ определенных классов организации должны быть доказаны и документально зарегистрированы. Инициативные испытания типа поверки, конечно, допускаются, но они не могут иметь официальный статус поверки. Все СИ должны проходить поверки после выпуска, затем через определенные, документально установлен-

ные интервалы времени (межповерочные интервалы), например раз в два года, а кроме того, после ремонтов.

330