Проектирование и расчет пойменной насыпи. Проектирование мероприятий по обеспечению стабильности выемки, страница 2

   При возведении насыпей их уплотняют, чтобы под воздействием временных и постоянных нагрузок в них  не возникало недопустимых статических деформаций, чтобы они работали практически в упругой стадии, имели достаточное сопротивление инфильтрации воды в грунт и чтобы сточное устройство насыпей с необходимыми укреплениями было минимальным.

    Задача расчета тела насыпи на уплотнение состоит в том, чтобы определить удельный вес грунта , при котором будут возникать лишь упругие деформации.

    Удельный вес трунта  находится по формуле

                                                        = _d (1 + W),                                                (1.11)

             где     _d – требуемый по условию плотности  удельный вес сухого грунта,

                        W – весовая влажность грунта в долях единицы;

Значение _d  определяют по формуле

                                                        _d = _s / (1 + e₀),                                                   (1.12)

            где   _s – удельный вес частиц грунта,

                     e₀ – требуемый коэффициент пористости по условиям плотности грунта.

Значение коэффициента пористости e₀ определяется по компрессионным кривым в зависимости от напряжений в грунте тела насыпи.

1.1.4  Расчет требуемой плотности грунта в нулевой точке

Исходные данные:

_s = 26,5 кН/м³ ;    Н = 18,3 м ;    W = 23 % ;    К_е =1,1.

s_р⁰ = Р_р = 55,76 кПа ;

s_вс⁰ = Р_вс = 15,8 кПа ;

s⁰ = 0;

s⁰ = s_вс⁰ + s⁰ = 15,8 кПа;

s₀⁰ = s_р⁰ + s⁰ = 55,76 + 15,8 = 71,56 кПа;

е^о_ан = 0,770                   е^о_ак = 0,661

е^о_он = 0,736                   е^о_ок = 0,650

е^о =   е_ан - К_е  ((е_ан –е_ак ) – (е_он – е_ок);

е^о = 0,770-1,1((0,770-0,661)-(0,736-0,650)) = 0,7360;

_d =   = 15,26 кН/м³;

^о = 15,26 (1+0,23) = 18,77 кН/м³.

1.1.5  Расчет требуемой плотности грунта в первой точке

                                                      ¹ = ^о + ,                                         (1.13)

     где  принимаем 0,3 кН/м³;

¹ = 18,77 + 0,3 = 19.07 кН/м³;

s_р¹ = 21,62 кПа ;

s_вс¹ = 4,7 кПа ;

s¹ = ¹ Н/2 = 174,49 кПа;

s¹ = s_вс¹ + s¹;

s¹ = 4,7 + 174,49 = 179,19 кПа;

s_о¹ = s¹ + s_р¹;

s_о¹ = 179,19 + 21,62 = 200,81 кПа;

 е¹_ан = 0,687                  е¹_ак = 0,634

 е¹_он = 0,678                  е¹_ок = 0,632

е¹ = 0,687– 1,1 ((0,687– 0,634) – (0,678 – 0,632)) = 0,67;

Удельный вес сухого грунта     ¹_d =   = 15,87 кН/м³ ;

Удельный вес сухого грунта   ¹ = 15,87 (1+0,23) = 19,52 кН/м³.

1.1.6  Расчет требуемой плотности грунта во второй точке

Для второй точки необходимую плотность грунта определяют тем же порядком, задаваясь значением

                                                ² = ¹ + ,                                               (1.14)

     где  принимаем 0,3 кН/м³;

² = 19,52 + 0,3 = 19,82 кН/м³;

s_р² = 10,807 кПа ;

s_вс² = 2,71 кПа ;

s² = ² * Н = 19,82 *18,3 = 362,71 кПа;

s² = 2,71 + 362,71 = 365,42 кПа;

s_о¹ = 10,807 + 365,42 = 376,23 кПа;

е²_ан = 0,631                    е²_ак = 0,620

е²_он = 0,638                    е²_ок = 0,629

е² = 0,631 – 1,1 ((0,631 – 0,620) – (0,638 – 0,629 = 0,634;

Удельный вес сухого грунта     ²_d =   = 16,22 кН/м³ ;

Удельный вес сухого грунта   ² = 16,22 (1+0,23) = 19,95 кН/м³.

1.1.7  Вывод

_ср =  =  = 19,41 кН/м³;

е_{о ср}   =  =  = 0,680.

По результатам расчетов строим эпюры s_р , s_вс , s , s_о , е_о , .

1.2  Расчет поперечного профиля пойменной насыпи

на основе ее устойчивости

   На листе миллиметровой бумаги вычерчиваем поперечный профиль пойменной насыпи заданной высоты в масштабе 1 : 100 с откосами в соответствии с категорией линии.

    Расчетные нагрузки на основную площадку земляного полотна от подвижного состава Р_р и от веса верхнего строения пути Р_вс при расчете устойчивости откосов заменяются весом эквивалентных столбов грунта шириной b_р и b_вс и высотой h_р и  h_вс соответственно рисунку.

    Рисунок 1.5 – Схема замены нагрузок от подвижного состава и веса верхнего строения пути эквивалентными столбиками

    После построения фиктивного профиля насыпи на основной площадке земляного полотна выбираем характерные точки для определения местоположения на ней критической точки. Первая точка является бровкой земляного полотна, вторая находится в начале фиктивного столба от подвижного состава, а третья по оси земляного полотна.

    В начале исследуют устойчивость верхнего откоса насыпи крутизной 1 : 1,5. Для этого проводим линию кривых обрушения под углом 36^о к горизонту из самой верхней точки земляного полотна. Затем соединяем между собой прямыми отрезками одну из точек на основной площадке земляного полотна с точкой в месте перелома профиля откоса 1 : 1,5, восстанавливаем из середины этого отрезка перпендикуляр до пересечения с линией центров. Из точки пересечения этих прямых описываем через указательные точки насыпи предполагаемую кривую обрушения.

   После этого сползающий массив разбиваем на отсеки, определяем центры тяжести каждого отсека и расстояние от центров тяжести до вертикального радиуса.

   Затем определяем коэффициенты устойчивости. Для двух других предполагаемых кривых коэффициенты определяем аналогично.

   После расчета коэффициентов устойчивости, для всех трех кривых обрушения сверху напротив точек, расположенных на основной площадке строим график и определяем минимальное значение коэффициента К_уст . Точку на основной площадке земляного полотна, которая соответсвует минимальному значению коэффициента устойчивости, называют критической точкой. Если К_уст не меньше 1,2 , а в нашем случае больше 1,2 , то откос насыпи 1 : 1,5 устойчив.

   Далее расчет устойчивости ведется для следующего откоса крутизной 1 : 1,75. Для этого соединяют прямой критическую точку на основной площедке и точку перелома откоса 1 : 1,75 , из  середины полученного отрезка восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией центров кривых обрушений. Из полученной точки при пересечении прямых описывают кривую обрушения, производится разбиение на отсеки. Если кривая обрушения захватывает подтопленную часть насыпи, то граница отсека назначается в месте пересечения кривой обрушения и кривой депрессии. Определяются коэффициенты устойчивости.

    Если коэффициент устойчивости откоса насыпи 1 : 1,75 больше 1,2 , то расчитывается следующий откос 1 : 2.

1.2.2 Определение параметров волнового воздействия и верхних границ укрепления откосов насыпи

   К основным параметрам волнового воздействия относятся высота, длина, крутизна, пологость и период волны. Расчетной высотой волны называется вертикальное расстояние между ее вершиной и подошвой с заданной вероятностью превышения этой высоты  i ,%, рекомендуемой для насыпей железных дорог 1 – 3 категорий            i = 1%. Длиной волны называется горизонтальной расстояние между смежными вершинами или подошвами волны. Крутизной волны называют отношение высоты к длине волны, пологостью волны – отношение длины к высоте волны.

      Рисунок 1.6 – Расчетные зоны глубины водоема в пребрежной полосе

  Вся прибрежная полоса волнового поля для искусственных водохранилищ, озер и весенних половодий на больших реках имеет : мелководную зону 1, где глубина воды 

d₁ /2 ; зону прибойных волн 2, где волна в первый раз опрокидывается с образованием буруна (d₂ 2Н) ; приурезовую зону 3 , в которой происходит окончательное разрушение волны и образование наката прибойного потока на откос.