1.4 Определение необходимой плотности грунта тела насыпи

Для обеспечения работы грунта насыпи без остаточных деформаций (только в зоне упругих деформаций) ее грунт должен быть уплотнен до необходимой плотности.

Плотность грунта определяется по формуле:

, (1.9)

где: γ – удельный вес грунта насыпи;

g – ускорение свободного падения (g = 9.8 м/с).

Объемный вес грунта определяется по формуле:

γ_о = γ_d(1 + W), (1.10)

где: γ_d – удельный вес сухого грунта насыпи;

W – влажность грунта насыпи (по заданию W = 17%).

Значение γ_d определяется по формуле:

γ_d = , (1.11)

где: γ_s – удельный вес частиц грунта насыпи (по заданию γ_s = 26.1 кН/м³);

е – требуемый по условию достаточного уплотнения коэффициент пористости грунта.

Величина коэффициента пористости грунта определяется по формуле:

е = е_{(γ+вс)нач} – k_еk_нас(е_(γ+вс) – е_о), (1.12)

где: k_е – коэффициент, учитывающий многократность приложения нагрузки

(k_е = 1.67);

k_нас – коэффициент, учитывающий изменение k_е по высоте насыпи.

е_(γ+вc) = е_{(γ+вc)нач} − е_{(γ+вc)кон},

е_о = е_{(γ+вc+п)нач} – е_{(γ+вc+п)кон}.

Значение величин е_{(γ+вc)нач} , е_{(γ+вc)кон} , е_{(γ+вc+п)нач} , е_{(γ+вc+п)кон} устанавливаются по компрессионной кривой грунта насыпи, которая показана на рис. 1.3, в зависимости от появляющихся в грунте напряжений.

Рисунок 1.3 − Компрессионная кривая грунта насыпи.

Напряжения, возникающие в грунте насыпи, определяются по формуле:

σ = σ_γ + σ_вс + σ_п, (1.13)

где: σ_γ – напряжения, возникающие в грунте насыпи от поездной (σ_п) нагрузки, от веса верхнего строения пути (σ_вc), от веса вышележащих слоев грунта (σ_γ).

В курсовом проекте значение γ и е устанавливаются для 4 точек сечений расположенных по оси поперечного сечения насыпи. Расчетная схема показана на рис. 1.4.

Рисунок 1.4 − Расчетная схема сечений.

Расчет значений γ и е выполняется на ЭВМ. Макет исходных данных приведен на странице 13, результаты расчета на странице 12 и в таблице 1.

Таблица 1 − Расчеты результатов по определению γ, е, ρ.

№ точки	Расчетные значения
	γ, т/м3	е	ρ, т/м3
1	2	3	4
0	1,7928	0,7033	0,1830
1	1,8184	0,6794	0,1856
2	1,8507	0,6501	0,1888
3	1,9751	0,6285	0,2015

1.5 Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

В основу этого метода заложены следующие предпосылки:

- смещение грунтов при потере устойчивости происходит по кругу цилиндрической поверхности;

- кривая смещения проходит через точку пересечения откоса насыпи с поверхностью земли и через точку, расположенную на основной площадке земляного полотна;

- считается, что сдвигающие и удерживающие силы действуют (приложены) по кривой возможного смещения.

Устойчивость откосов оценивается коэффициентом устойчивости, определяемым по формуле:

, (1.14)

где: ΣМ_уд-i – момент удерживающих сил массива возможного смещения грунта;

ΣМ_сдв-i – момент сдвигающих сил, действующих на массив возможного смещения грунта.

Условие обеспечения устойчивости откосов земляного полотна:

k ≥ k_min = 1.2, (1.15)

где: k_min – допустимая величина коэффициента устойчивости.

Расчеты на устойчивость ведутся на 1 пог. м. длины земляного полотна.

Для условий пойменной насыпи, когда ее грунт подвержен водонасыщению, в качестве удерживающих сил рассматриваются силы трения и силы сцепления грунта массива возможного смещения, а в качестве сдвигающих сил – потенциальная составляющая веса массива грунта возможного смещения и гидродинамическая сила.

Расчетный коэффициент устойчивости откосов пойменной насыпи ведется по формуле:

, (1.16)

где: f_i – коэффициент трения сухого грунта; f_i = tgφ_i; если грунты насыщены водой, то f_bi = 0.75 f_i.

φ_i – угол внутреннего трения грунта (по заданию φ_н = 24°(для насыпи) и

φ_осн = 25° (для основания));

N_i – вертикальная составляющая силы веса i-го отсека;

C_i – удельное сцепление сухого грунта (согласно заданию С_н = 27 кН/м²), для грунта насыщенного водой C_bi = 0.5C_i;

l_i – длина поверхности смещения i-го отсека;

|−T_i| – тангенциальная составляющая силы веса части массива возможного смещения, которая направлена в противоположную сторону сдвига;

|+T_i| – тангенциальная составляющая силы веса части массива возможного смещения (сдвигающие силы);

Д – гидродинамическая сила, определяемая по формуле:

Д = I∙γ_в∙Σ(ω^II + ω^III + ω^IV), (1.17)

где: Σ(ω^II + ω^III + ω^IV) – площадь массива грунта возможного смещения насыщенного водой;

γ_в – удельный вес воды, т/м³;

I – средний уклон кривой депрессии, ‰.

Д=0.05(86.96+3.41)10=45.185кН

Вертикальная составляющая силы веса i-го отсека определяется по формуле:

N_i = (γ_о-2∙ω_i^I + γ_бр∙ω_i^II + γ_взв∙ω_i^III + γ_{взв.осн}∙ω_i^IV)cosβ_i, (1.19)

где: ω_i^I – площадь части i-го отсека, грунт которого находится в сухом состоянии;

Расчет исходных данных для макета:

Т – число путей 1.

γ_взв − удельный вес грунта насыпи, находящийся во взвешенном состоянии:

, (1.21)

= 9.64

ω_i^III − площадь части i-го отсека, грунт которого находится во взвешенном состоянии;

γ_{взв.осн} − удельный вес грунта основания, находящийся во взвешенном состоянии:

, (1.22)

Рисунок 1.5 − Компрессионная кривая грунта основания.

К=(1612+668+3)/(1982+45.185)=1.27

Анализ полученных результатов позволяет отметить следующее: в виду того, что значение расчетных коэффициентов устойчивости k_i больше 1.2, следовательно, запроектированный профиль пойменной насыпи соответствует установленным нормам.