3. Проектирование и рачёт устойчивости пойменной насыпи

3.1 Определение расчетных характеристик грунтов

1)Грунты насыпи в естественном состоянии:

объемный вес грунтов

коэффициент трения грунтов насыпи в естественном состоянии

,

где – угол внутреннего трения грунтов насыпи, равный 26,4º.

Удельное сцепление грунтов насыпи

2)Грунты насыпи во влажном состоянии

объемный вес грунтов

где – коэффициент пористости насыпи;

коэффициент трения грунтов насыпи во взвешенном состоянии

удельное сцепление грунтов насыпи во взвешенном состоянии;

3)Грунты основания во взвешенном состоянии

объемный вес грунтов

ε_осн – коэффициент пористости основания;

коэффициент трения грунтов основания во взвешенном состоянии

удельное сцепление грунтов основания во взвешенном состоянии

Найденные характеристики сводим в итоговую таблицу:

Таблица 10: « Расчетные характеристики грунтов пойменной насыпи »

Состояние пойменной насыпи	Расчетные характеристики грунтов пойменной насыпи
	Объемный вес γ, т/м3	Коэффициент трения грунта, f	Удельное сцепление грунта, сi, т/м2
Насыпь при естественной влажности	2,0	0,50	1,8
Насыпь во взвешенном состоянии	1,0	0,43	1,26
Основание насыпи во взвешенном состоянии	0,83	0,40	1,19

3.2 Проектирование пойменной насыпи

Проектирование пойменной насыпи осуществляется путем подбора, т.е. сначала вычерчивается поперечный профиль, а затем проверяется его устойчивость.

Поперечный профиль насыпи проектируют с учетом строительно-технических норм МПС СТН-Ц-01-95 “Железнодорожные колеи 1520мм”.

В пойменной насыпи со стороны подтопления обязательно устраивается берма, ширина бермы от 3 до 12 м, крутизна откосов 1:2. Отметка бермы считается по формуле:

отметка бермы = ГВВ+h_в.+а ,

где ГВВ=193,8– горизонт высоких вод;

h_в=1,01– высота набега волны;

а=0,25– технический запас.

отметка бермы=193,8+1,01+0,25=195,06 м.

При расчете устойчивости насыпи временную поездную нагрузку и вес верхнего строения пути заменяют условным столбиком шириной

2,75 м, высота столбика определяется по формуле :

где Р_вр – интенсивность приложения временной нагрузки от локомотива, т/м², (Р_вр =ˣ1,3=1,89ˣ1,3=2,457=24,57 т/м²);

– объемный вес грунта насыпи при естественной влажности, т/м³,( т/м³).

Дальше строю схемы для расчета устойчивости откоса пойменной насыпи.

По высоте насыпи от 0 до 6м уклон откоса 1 : 1,5, от 6 до 12м уклон откоса 1 : 1,75, уклон откоса бермы 1 : 2. Высота насыпи по заданию 20,2 м. Относительная отметка основания насыпи 190,37 м; относительная отметка горизонта высоких вод (ГВВ) 193,8 м. Ширину бермы принимаем 5 м. После построения насыпи, на основной площадке земляного полотна показываем фрикционные столбики грунта, которые заменяют действие временной поездной нагрузки и вес верхнего строения пути. Далее строится прямая центров кривых сползания – отрезок АВ. Из середины отрезка АВ поднимаем перпендикуляр до пересечения с прямой, которая проводится под углом 36° из левой верхней точки столбика, заменяющего действие временной поездной нагрузки. Таким образом, получаем точку С. Из точки С, проводим радиус СВ. Соединяя радиусом точки А и В, получаем кривую обрушения.

В результате построения получили массив, ограниченный кривой обрушения и верхней границей насыпи (основная площадка земляного полотна, откосы насыпи, бермой и откосом бермы). Получившийся массив разбиваем на отсеки, границы которых выбираются следующим образом:

- в местах характерных точек;

- ширина отсека не должна превышать 6 м.

После разбития на отсеки из точки С опускаем вертикальную прямую до пересечения с кривой обрушения. Эта прямая разделит массив на две части. В левой части действуют удерживающие силы, а в правой сдвигающие силы.

На пересечении оси пути и горизонта высоких вод получаем точку, из которой строим кривую депрессии с уклоном 0,021. Кривая депрессии разделит насыпь на две части. В первой части (выше кривой депрессии) лежат грунты, находящиеся при естественной влажности; во второй части (ниже кривой депрессии) грунты, находящиеся в обводненном состоянии. Ниже отметки земли находятся грунты основания. Остальные расчеты сведем в таблицу 11.

Весь поперечный профиль насыпи делится на отсеки, Ширина отсека должна быть не более 6 м. Границы отсеков должны совпадать с характерными точками.

где угол α определяется графически.

Определяем коэффициент устойчивости:

где Д – гидродинамическая сила, т;

Д = Ω · I₀ · γ_в

где Ω – площадь части сползающего объёма грунта, насыщенного водой, м²;

I₀ = 0,021 – средний уклон кривой депрессии;

– объемный вес воды.

Ω₁ = 622,8 + 11,65 = 634,45 м²

Ω₂ = 268,0 + 0 = 268,0 м²

Д₁ = 634,45 · 0,021 · 1 = 13,32 т/м³

Д₂ = 268,0 · 0,021 · 1 = 5,63 т/м³

К_у1 = (1943,87 + 87,2 – 0,3)/(2009,5 + 13,32) = 1,004

К_у2 = (671,36+ 78,5 + 0)/(688,33 + 5,63) = 1,08

Вывод:

Насыпь находится в неустойчивом состоянии, т.е. не обладает достаточным запасом устойчивости.