752

В.В. Бессонов

Рис. 2. Графики зависимости Рпр от пригрузки q для аппроксимаций первой серии опытов в случае осевой симметрии:

1 — решение при условии прочности в виде прямой Кулона, аппроксимирующей начальный участок; 2 — то же для всего участка; 3 — решение при условии прочности в виде нелинейной аппроксимации всего участка, = 2530ln(0,00025 + 1)

l

r

b

r

b

x= b/4

Рис. 3. Расчетная схема

При этом был рассмотрен случай, когда ширина фундамента b в средней части прямоугольного штампа равна диаметру фундамента d на концах штампа, т. е. b = d = 1 м. Условие прочности, представленное зависимостью (4), было рассмотрено при проведении пяти опытов П.С. Ваганова (опыт № 1, опыт № 2, опыт № 3, опыт № 6, опыт № 10) [4].

На рис. 4, 5 приведена качественная картина изменения предельной нагрузки Pпр на основание квадратного (круглого) и прямоугольного (ленточного) штампов в зависимости от пригрузки q для первой серии опытов [4] при разных аппроксимациях, так как для других опытов качественно зависимость предельной нагрузки Pпр от пригрузки q не меняется.

59

Рис. 4. Графики зависимости Рпр от пригрузки q для аппроксимаций первой серии опытов в

случае квадратного (круглого) фундамента, l 1: b

1 — решение при условии прочности в виде прямой Кулона, аппроксимирующей начальный участок; 2 — то же для всего участка; 3 — решение при условии прочности в виде нелинейной аппроксимации всего участка, = 2530ln(0,00025 + 1)

Рис. 5. Графики зависимости Рпр от пригрузки q для аппроксимаций первой серии опытов в

случае прямоугольного (ленточного) фундамента, l 5: b

1 — решение при условии прочности в виде прямой Кулона, аппроксимирующей начальный участок; 2 — то же для всего участка; 3 — решение при условии прочности в виде нелинейной аппроксимации всего участка, = 2530ln(0,00025 + 1)

Расчеты предельной нагрузки, определенной при использовании линейного закона Кулона, аппроксимирующего начальный участок, дают завышенный результат при больших пригрузках. Нагрузка, установленная с учетом прямой Кулона, аппроксимирующей весь участок, оказывается завышенной на начальном участке. И только логарифмическая нелинейная аппроксимация дает удовлетворительные результаты на всем диапазоне пригрузок. Следовательно, учет нелинейности графика сдвига при больших пригрузках должен быть обязательным.

60

В.В. Бессонов

На рис. 6 показаны графики зависимости отношенияPпр/Pпл от соотношения сторон прямоугольного фундамента при различных пригрузках для первой серии опытов при нелинейной аппроксимации в виде предлагаемого условия Мора (4).

Рис. 6. Графики зависимости отношения Pпр/Pпл от соотношения сторон прямоугольного фундамента при различных пригрузках для первой серии опытов при нелинейной аппроксимации:

1 — при пригрузке q = 10 кПа; 2 — при пригрузке q = 25 кПа; 3 — при пригрузке q = 50 кПа; 4 — при пригрузке q = 100 кПа; 5 — при пригрузке q = 250 кПа; 6 — при пригрузке q = 500 кПа. Условие Мора — = 2530ln(0,00025 + 1)

Как видно из рис. 6, отношение Pпр/Pпл не зависит от величины пригрузки и монотонно убывает при переходе от квадрата к ленте.

На рис. 7 приведены графики зависимости предельного давления Pпр от соотношения сторон прямоугольного фундамента при различных пригрузках также только для первой серии опытов для нелинейной аппроксимации условия Мора (4).

Рис. 7. Графики зависимости предельного давления Pпр на основание прямоугольного фундамента от его длины l при различных пригрузках для первой серии опытов при нелинейной аппроксимации:

1 — при пригрузке q = 10 кПа; 2 — при пригрузке q = 25 кПа; 3 — при пригрузке q = 50 кПа; 4 — при пригрузке q = 100 кПа; 5 — при пригрузке q = 250 кПа; 6 — при пригрузке q = 500 кПа. Условие Мора — = 2530ln(0,00025 + 1)

61

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

Таким образом, становится ясно, что предельное давление на основание прямоугольного фундамента уменьшается при переходе от квадрата к ленте

[10, 11].

Библиографический список

1.Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. М.: Физматгиз, 1960. 240 с.

2.Mandel J. Conditions de stabilite et postulat de Drucker. In Rheology and soil mechanics symposium, Grenoble, Berlin. 1964. Р. 58–68

3.Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия сыпучей среды. М.: Гос. изд-во технико-теор. лит-ры, 1952. 120 с.

4.Ваганов П.С. Определение параметров прочности песчаных грунтов // Инженерногеологические условия и особенности фундаментостроения при транспортном строительстве в условиях Сибири: Тр. НИИЖТа. Вып. 180 / НИИЖТ. Новосибирск, 1977. С. 53–61.

5.Ивлев Д.Д. Теория идеальной пластичности. М., 1966. 232 с.

6.Черников А.К.Решение жесткопластическихзадач геомеханикиметодом характеристик: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского гос. ун-та путей сообщения, 1997. 192 с.

7.КоролевК.В.Некоторыетеоретические аспектырасчета несущейспособности грунтовых оснований при действии больших нагрузок // Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты: Сб. науч. статей / СГУПС. Новосибирск, 2007. С. 48–55.

8.Караулов А.М. Несущая способность оснований осесимметричных фундаментов. Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2002. 104 с.

9.Караулов А.М., Соловьев Ю.И. Статические решения осесимметричнойтеории предельного равновесия грунтов вне концепции полной пластичности // Инженерно-геологические условия,основания ифундаментытранспортныхсооружений: Межвуз.сб.науч.тр./ НИИЖТ.

Новосибирск, 1989. С. 35–40.

10.Королев К.В., Беcсонов В.В.Квопросу определениякоэффициентов формыпри оценке несущей способности оснований прямоугольных фундаментов // Изв. вузов. Сер. Стр-во. 2006. № 11–12.

11.Королев К.В., Бессонов В.В. Уточненные значения коэффициентов формы при определениинесущейспособностиоснованийпрямоугольных фундаментов// Промышленное

игражданское строительство. 2008. № 4.

62

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

УДК 625.12:624.131.55

К.В.ВОСТРИКОВ,В.Н.БЕЛОБОРОДОВ,Ю.П.СМОЛИН

ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОЕЗДОВ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО, ЗАКРЕПЛЕННОЕ НАПОРНОЙ ИНЪЕКЦИЕЙ

Искусственное усиление прочности грунтов в строительстве находит все более широкое применение. Для реализации этой технологии используется более 20 различных способов. Одним из таких способов является метод напорной инъекции.

На участке железнодорожной магистрали в Алтайском крае (рис. 1, а) произошла деформация насыпи в результате образования пустот и воронок (рис. 1, б) вследствие выноса частиц грунта через швы водопропускной трубы, находящейся под насыпью.

а)

б)

Рис. 1. Общий вид участка железнодорожной магистрали в Алтайском крае (а); воронка провала грунта в откосе насыпи (б)

46

К.В. Востриков, В.Н. Белобородов, Ю.П. Смолин

Для устранения появления дополнительных деформаций и увеличения прочности грунтов насыпи на этом участке земляного полотна в 2003 г. был применен метод напорной инъекции цементно-песчано-глинистым раствором.

Общая ширина насыпи над трубой составляет 87,0 м. Максимальная высота — 18,5 м. Средние уклоны откосов насыпи — 1 : 1,3. Верхнее строение пути представлено бесстыковым путем на щебеночном балласте с железобетонными шпалами, рельсы Р65. Насыпь сложена супесями твердой консистенции.

Закрепление было произведено по контуру насыпи на глубину более 6 м, в резльтате чего сформировался массив закрепленного грунта. Условный контур закрепленного массива грунта железнодорожной насыпи показан на рис. 2.

Рис. 2. Условный контур закрепленного массива грунта железнодорожной насыпи

В соответствиисо стратегиейразвития сетижелезныхдорог ижелезнодорожного транспорта запланировано повышение осевых нагрузок и скорости движения поездов. В связи с этим необходимо оценить прочность грунтов указанного выше закрепленного участка насыпи и выявить насколько можно повысить предельное состояние насыпи по прочности.

Известно, что прочность, стабильность и устойчивость грунтов насыпи зависит, в том числе и от динамического воздействия поездной нагрузки. Решение вопросов прочности земляного полотна железных дорог должно осуществляться на основе фактических результатов исследований вибродинамического воздействия поездов на насыпь.

Авторами данной статьи была поставлена цель исследовать динамическое воздействие поездов на закрепленный участок насыпи. Для решения этой задачи производились эксперименты по замеру ускорений колебаний от воздействия поездной нагрузки в откосной части закрепленного и незакрепленного напорной инъекцией участков насыпи. Исследуемые участки насыпи располагались на расстоянии 60 м друг от друга.

Для замера амплитуд ускорений колебаний в земляном полотне в шурфах глубиной 0,6 м по откосу устанавливались высокочувствительные двухкомпонентные пьезоэлектрические низкочастотные датчики (акселерометры) с антивибрационным кабелем и усилителем. Верхний датчик располагали на бровке земляного полотна. Всего было установлено три акселерометра на расстоянии 5 м друг от друга. Далее шурфы засыпались извлеченным грунтом с послойным уплотнением. С помощью датчиков фиксировались вертикальные и горизонтальные (в поперечном направлении насыпи) ускорения колебаний.

47

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

Измерительный комплект и принципиальная схема проведения замеров параметров ускорений колебаний грунтов насыпи при воздействии поездной нагрузки представлены на рис. 3.

Акселерометр

Блок питания и усиления акселерометров

Рис. 3. Измерительный комплект и принципиальная схема проведения замеров параметров ускорений колебаний грунтов насыпи при воздействии поездной нагрузки

Этот комплект обеспечивал качественную регистрацию сигналов малой (0,02 м/с2) амплитуды при регистрируемых частотах от 1 Гц до 200 Гц. Электрический сигнал с акселерометров оцифровывался 12-разрядным аналогоцифровым преобразователем L-Card Е14-140 и записывался в память компьютера типа «ноутбук».

На рис. 4 показан рабочий момент замера колебаний грунтов насыпи при прохождении поезда. Замер производился при движении пассажирских поездов примерно со скоростью 60 км/ч, грузовых — 30 км/ч. Вагоны грузовых составов оказывали разнообразные по характеру нагрузки, запись производилась при движении всего состава.

Рис. 4. Рабочий момент замера колебаний насыпи при движении пассажирского поезда

48

Вестник СГУПСа. Выпуск 23

в)

г)

г)

Рис. 6. Результаты обработки полученных данных при движении грузового состава по незакрепленному участку насыпи:

а — фрагмент акселерограммы вертикальных колебаний; б — фрагмент акселерограммы горизонтальных колебаний; в — амплитудно-частотный спектр вертикальных ускорений колебаний; г — амплитудно-частотный спектр горизонтальных ускорений колебаний

51