2. Проектирование поперечногопрофилянасыпи

   1. Определениевысотынакатаволны

Пойменные насыпи проектируются обычно с бермами для повышения устойчивости и укрепления покрытиями низовых частей откосов от волново- го воздействия.

ПоложениебермыпринимаетсянаотметкенакатаволныН_нк:

Н_нк=d_f+d_пд+Δh_set+h_run1%+а, гдеd_f–глубина водоема у подошвы насыпи;

d_f=О_вв–О_ос;

d_пд–высотаподпораводыуискусственногосооружения,м; Δh_set–величина ветрового нагона воды, м;

h_run1%–высотанакатаволнынаоткос(обеспеченность1%),м;

а–величина запаса по высоте (0,5 м – для насыпи; 0,25…0,3 м – для незатопляемых берм).

Величины Δh_set,h_run1%определяются с учетом скоростей ветраu_вти дли- ны разгона ветровых волнL_вв, параметров волны: длины λ_в, высотыh_в, пери- одаT_впо /1/.

Длякурсовогопроектаλ_в,h_в,d_пд,Δh_setуказанывзадании;

h_run1%(0,81,0)h_в.

Припроектированиипойменнойнасыпипредварительноопределяется

Н_нкисоответственноположениебермы.

Пример. Известно: уровень статического горизонта воды О_вв= 201,40; отметка основанияО_ос= 196,00;d_пд= 0,2 м; Δh_set= 0,1 м; λ_в= 9,9 м;

h_в= 0,9м.

Расчетнаясхемаприведенанарисунке2.3.

Реш ение.d_f= 201,40 –196,00 =5,4м;h_run1%=1,0·0,9 =0,9м;

а=0,3м.

H_нк= 5,4+0,2+0,1+ 0,9 +0,3 =6,9м;

О_нк=196,0 +6,9=202,90.

На поперечном профиле пойменной насыпи, на уровнеН_нк, положение бермы принимается по высоте.

ШиринабермыВ_бопределяетсяприпроектированиипоперечногопрофи- ля по условию устойчивости насыпи (В_б4,0 м) и технологии работ.

2. Расчетустойчивостинасыпи

Поперечный профиль пойменной насыпи проектируется по условию обеспечения ее устойчивости. Коэффициент устойчивости насыпи из глини- стых грунтов определяется графоаналитическим способом при круглоцил- линдрической поверхности смещения /1, 2, 3, 9/. Графически определяют размерные параметрыb_i, h_i-1, h_iплощадей ω_iотсеков; частей отсеков насыпи неувлажненных ω_н(выше кривой депрессии), увлажненных ω_нв(ниже кривой депрессии), увлажненного основанияω_осв.

Вычисляют:

удельныйвесгрунтаувлажненнойчастинасыпи

γ_нв= (γ_sн– γ_в)/(1 +е_н);основания γ_осв= (γ_sос– γ_в)/(1 +е_ос); площади(части)отсековω_i=0,5(h_i-1+h_i)b_i;

вес отсеков неувлажненной зоныQ_нi= γ_нω_нi; γ = ρg; неувлажненнойиувлажненнойзонынасыпиQ_нвi=γ_нω_нi+γ_нвω_нвi;

тожесучетомувлажненнойчастиоснованияQ_освi=γ_нω_нi+γ_нвω_нвi+γ_освω_освi.

Измеряют радиусR, проекции радиусах_iдля каждого отсека, определя- ют синусы, косинусы углов β_iмежду направлениями вертикальных векторов веса и радиуса для каждого отсека.

3

Вычисляют: sin_i=x_i/R; cos_i= ;

f_н= tg φ_н;f_нв=k_ff_н;f_oc= tgφ_oc;f_осв=k_ff_oc,гдеk_f=0,7…0,8.

Измеряют центральные углы α_н,α_нв,α_осв; длины основания отсековl_iили вычисляют длины кривыхl_αi= πRα_i/ 180 = ∑l_i.

Определяютгидродинамическуюсилу:Р_гд=I_оγ_в(∑ω_нвi+∑ω_освi). Коэффициент устойчивости рассчитывается по формуле

^Кус^=Муд^/Мсд^=Рудi^/Рсдi,

гдеМ_уд,М_сд–моментыудельногосдвигасил.

Вразвернутомвидевычислительнаяформулаимеетследующийвид:

K_ус=[f_н(Q_нi∙cos_i)+f_нв(Q_нвi∙ cos_i)+f_осв(Q_освi∙cos_i)+с_нl_нi+с_нвl_нвi+

с_освl_освi+(Q_освi∙sini)_уд]/

[(Q_нi∙sin_i)+(Q_нвi∙ sin_i)+(Q_ocвi∙sin_i)_cд+Р_гд].

ДолжнобытьК_ус≥К_зд=1,2.

Пример.Известно:Н_н=16,0м;В_б=6,0м;О_ос=194,00м;О_нк=203,0м. Характеристики грунта насыпи: γ_sн= 27,0 кН/м³; γ_н= 19,45 кН/м³;

W=21 %;е_н=0,680;с_н=22 кПа;φ_н=24^о;I_о=0,05;

грунта основания: γ_sос= 26,0 кН/м³;с_ос= 24 кПа; φ_ос= 26^о,W= 20 %. Нагрузки:р_п=60кПа;b_п=2,75м;верхнеестроениепутитяжелоготипа,

шпалы деревянные,р_вс= 14,0 кПа;b_вс= 4,30 м, зажанный коэффициент устойчивостиК_зд= 1,2.

Графические построения расчетной схемы. Поперечный профиль насы- пи (рисунок 2.3) вычерчиваем (на миллиметровной бумаге в масштабе 1:100 или 1:200) по типовым очертаниям /1, 2, 3, 4/m₁= 1,5;m₂= 1,75;m₃= 2,0. Берма размещается на уровнеН_нк. Нагрузкир_п,р_всзаменяем эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта ширинойb_э=b_п= 2,75 м, высотойh_э:

h_э=(р_п+р_всb_вс/b_п)/ γ_н=(60,0 +14,0·4,3/ 2,75)/19,45 =4,2м.

Устанавливаем точки (подошвы откосаА, удаленного конца шпалыВ), через которые пройдет возможная кривая смещения. Соединяем точки хор- дойАВ, к середине восстанавливаем перпендикуляр (линия центровОМ), проводим вспомогательную линию под углом 30…36⁰к горизонтальной нижней грани фиктивного столбика грунта до пересечения с линией центров в точкеО. РадиусомR=ОА = ОВ= 40,6 м описываем кривую возможного смещения, опускаем вертикальОС. Проводим кривую депрессии от точки пересечения линии О_ввс осью пути с уклономI_о.

Разбиваем массив смещения на отсеки с учетом переломов профиля, су- хойBEи обводненнойЕFчастей насыпи и основанияFAс площадями ω_iиих частями: ω_н– внеувлажненных зонах отсековнасыпи; ω_нв– увлажненных; ω_осв– увлажненных зонах основания насыпи.

Проводим лучи из точкиОк границам сред обводненияОЕ,ОF. Опре-деляем центральные углы α₁= 24,5⁰, α₂= 21,0⁰, α₃= 16,0⁰, измеряя транспор-тиром.

O

₁

_23

b_п

h_э

О

1

б

30-36⁰

6м

^dпд^+hset^+hrun1%

B ²

¹:1,5

^hi-1

3

H_н

N

^i_Ti b_i

h_i

i ₄

^{M Б}б ^О _

90

0

^1:1,75

a

^Qi ⁵

E

О_з

вв _в

I₀

7

^Pгд

6

1:2,0

^Hнк

8

^{F 9C10} A

x₁ x₂ x₃ x₄ x₅ x₆ x₇ x_8x9

^x10

14

d_f

h_в

Рисунок2.3–Расчетнаясхемадляопределенияустойчивостипойменнойнасыпи

Измеряем в масштабе расчетной схемы горизонтальные расстояниях_iот вертикали (из центраО) до середины каждого отсека – проекции радиусаR_i; размеры отсеков: высотуh_i, ширинуb_i(и, возможно, длину основанияl_i).

^{Таблица2.2–РасчетныепоказателиК}ус^(R=40,6м)

Наименование показателей	Значениярасчетныхпоказателейпоотсекам										Сум-ма
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11		12
хi,м	31,35	29,2	26,4	21,9	16,8	11,2	6,8	3,9	1,2	2,7
sini=хi/R	0,7222	0,7192	0,6502	0,5394	0,4138	0,2758	0,1675	0,0961	0,0296	0,0665
cosi	0,6917	0,6948	0,7598	0,8420	0,9104	0,9612	0,9858	0,9954	0,9996	0,9978
bi,м	2,75	1,6	4,0	5,0	5,2	6,0	2,8	3,0	2,4	5,8
hн(i-1),м	4,3	3,3	5,0	5,8	5,4	2,5	2,8	1,5	_	_
hнi,м	7,6	5,0	5,8	5,4	2,5	2,8	1,5	0,0	_	_
нi,м2	16,36	6,64	21,60	28,00	20,54	15,90	6,02	2,25	_	_
Qнi=γннi,кН	318,2	129,2	420,1	544,6	399,5	309,3	117,1	43,8	_	_
Qнicosi	220,1	89,7	319,2	458,6								1087,6
Qнisini	229,8	92,9	273,1	293,8								889,6
hнв(i-1),м					0,0	2,0	3,7	4,3	4,0	2,8
hнвi,м					2,0	3,7	4,3	4,0	2,8	0,0
'нвi,м2					5,20	17,10	11,20	12,45	8,16	8,12		62,23
Q'нвi=γнв'нвi,кН					53,2	174,9	114,6	127,4	83,5	83,1
Qнвi=Qнi+Q'нвi					452,7	484,2	231,7
Qнвicosi					412,1	465,4	228,4					1105,9
Qнвisini					186,3	132,7	38,7					359,7
hос(i-1),м								0,0	0,3	0,5
hосi,м								0,3	0,5	0,0
''осi,м2								0,45	0,96	1,45		2,86
Q''оci=осi''осi,кН								4,49	9,57	14,46
Qоci=Qнi+Q'нвi+ +Q''оci								175,7	93,05	97,53
Qоcicosi								174,8	93,04	97.32		365,2
Qоcisini/сд								16,88	2,75	_		19,6
Qоcisini/уд								_	_	6.5		6.5

Ширина бермыВ_бопределяется из условия устойчивости. ПринимаемВ_б= 6…8 м, вычерчиваем низовую часть откоса насыпи с крутизной откоса1:2,0.



n1

Следуетпроверятьx_i,вычисляяx_n=

i1

b_i+0,5b_i+1.

Решение.Определяемрасчетныепараметрыдлягрунтанасыпи: γ_нв= (γ_sн– γ_в) / (1 +е_н) = (27,0 – 9,81) / (1 + 0,680) = 10,2 кН/м³;

коэффициенттренияf_н=tg24^о=0,445;f_нв=0,75·0,445=0,334; удельное сцеплениес_нв= 0,5 · 22 = 11 кПа.

Для грунта основания при нагрузке σ_ос= γ_нН_н= 19,4 · 16,0 = 310,4 кПа (после возведения насыпи)е_ос= 0,624 находят по компрессионной кривой (рисунок 2.4).

γ_ос=[γ_sос/ (1 +е_ос)]·(1+W),кН/м³.

γ_ос=[26,0/ (1+0,624)]·(1+0,2)=19,21кН/м³;

γ_осв=(26,0–9,81)/(1 +0,624)=9,97кН/м³;

f_ос=tg26^о=0,488;f_осв=0,75·0,488 =0,366;с_осв=0,5 ·24=12кПа.

Расчетные показателиК_ус(х_i, sin_i, cos_i,b_i,h_i-1,h_i,_i,Q_i)приведеныв таблице 2.2.

Дляконтроля∑l_iвычисляем

₄

^lнi

1

₇

= (π·40,6 ·24,5) /180=17,4 м;_l_{нi= (π}· 40,6·21,0)/180=14,9м;

5



10

l_освi=(π·40,6·16,0) /180= 11,3м.

8

Используя полученные расчетные показатели (таблица 2.2) определяем гидродинамическую силуP_гд= 0,05 · 9,81 · (62,23 + 2,86) = 31,93 кН; коэф- фициент устойчивости:

K_ус=(0,445·1087,6+0,334·1105,9+0,336 ·365,2+22·17,4+11∙14,9

+12·11,3+6,5)/(889,6+359,7+19,6+31,93)=(1675,8/1300,9)=1,29

ПосколькуК_ус= 1,29 >К_зд= 1,20, принимаем поперечный профиль пой- менной насыпи типовых очертаний с бермой шириной 6,0 м (см. рисунок2.3). ЕслиК_ус<К_зд, следует увеличить ширину бермы и определитьК_ус(до соблюдения условия устойчивости).