Проектирование и расчет пойменной насыпи. Определение требуемой плотности. Методика определения требуемой плотности грунта в теле насыпи

Содержание

1   Проектирование и расчет пойменной насыпи…………

1.1  Определение требуемой плотности…………………….

1.1.1  Исходные данные. Определение нагрузок и составление расчетной схемы…..

1.1.2  Определение напряжений в земляном полотне………………………..

1.1.3  Методика определения требуемой плотности грунта в теле насыпи………

1.1.4  Расчет требуемой плотности грунта в нулевой точке…………….

1.1.5  Расчет требуемой плотности грунта в первой точке…………

1.1.6  Расчет требуемой плотности грунта во второй точке…………..

1.1.7  Выводы………………….

1.2  Определение параметров волнового воздействия и верхней границы

            укрепления откосов насыпи………………………………..

1.3  Проектирование поперечного профиля пойменной насыпи

      на основе расчетов ее устойчивости…………………………

2  Проектирование мероприятий по обеспечению стабильности выемки………

2.1  Проектирование и расчет дренажа

2.1.1  Оценка технической эффективности дренажа…………………….

2.1.2  Выбор типа дренажа и места его заложения………………………….

2.1.3  Расчет глубины заложения дренажа………………..

2.1.4  Определение расхода воды в дренаже………………..

2.1.5  Гидравлический расчет дренажа……………….

2.1.5.1  Подбор дренирующего заполнителя…………….

2.1.5.2  Подбор дрены и проверочный расчет пропускной способности труб……..

2.1.6  Проектирование трассы. Основные положения по проектированию………..

2.1.7  Проектирование основных элементов траншеи………….

2.2  Пректирование термозащитных покрытий как второго возможного варианта

             ликвидации пучин выемки………………………………..

2.2.1  Выбор типа подушки………….

2.2.2  Выбор толщины подушки……………………….

2.2.3  Выбор эпюры интенсивности пучинообразования……………….

2.2.4  Проектирование продольного профиля подушки…………….

2.2.5  Проектирование поперечного профиля подушки

Литература…………..

Приложение А……………………………

 

        1 Проектирование и расчет пойменной насыпи

        1.1 Определение требуемой плотности грунта в теле насыпи

1.1.1   Исходные данные. Определение нагрузки и составление                       расчетной схемы

Исходные данные для расчета пойменной насыпи следующие:

Тип локомотива ТЭ 7, рельсы типа Р 65, шпалы деревянные, высота насыпи  16,6 м.

На земляное полотно действуют нагрузки от подвижного состава, веса верхнего строения пути с учетом сливной призмы и веса вышележащих слоев грунта самого земляного полотна.

Нагрузка от подвижного состава является временной, а от веса верхнего строения пути и грунта земляного полотна – постоянно действующей.

Значение интенсивности полезной нагрузки определяется из выражения:

                                                      P_р =,                                        (1.1)

 где     _ж.б. – длина жесткой базы;

            _ш – длина шпалы, _ш  = 2,75 м;

 Р_к – статическая нагрузка колеса на рельс, кН;

  - количество осей, входящих в состав жесткой базы.

По [5 стр 6] определяем значение Р_к, , _ж.б.

    Р_к = 105 кН ;

     = 3 ;

    _ж.б. =  420 см = 4,2 м.

Таким образом, Р_р по формуле 1.1 получаем

Р_р =  = 54,54 кПа.

Нагрузку от верхнего строения пути Р_вс определяем по [5 стр 6]

Р_вс = 15,4 кПа;

В₀ = м.

Строим расчетную схему

Рисунок 1.1 – Расчетная схема

1.1.2  Определение напряжений в земляном полотне

 

       Напряжение в любой точке земляного полотна находим из выражения

                                     s_о = s_р + s_{вс +} s ,                                                   (1.2)

где s_р  - напряжение, вызываемое действием поездной нагрузки ;

      s_вс – напряжение, вызываемое весом верхнего строения пути ;

       s - напряжение, вызываемое собственным весом грунта.

s_о = s_р + s,   s =  s + s_вс ,

где s - постоянная нагрузка.

   При расчете напряжений в земляном полотне применяют теорию линейно деформируемых тел. Из этой теории известно, что для прямоугольной полосовой нагрузки напряжения определяются по формуле

                                  s_р = -(₁ + sin 2₁ - ₂ -  sin 2₂)                            (1.3)

                                  s_вс = -(₁ + sin 2₁ - ₂ -  sin 2₂)                          (1.4)

   Углы ₁ и ₂ считают положительными, если их отсчитывают от вертикалей, ограничивающих нагрузку, по часовой стрелке. Знак минус в формулах указывает на то, что напряжение сжимающее.

  1) Вертикальные напряжения от веса верхнего строения пути s_вс определяются по формулам

                                                   ₁ =  arctg  ;                                                (1.5)

                                          ₂ = -arctg  ;                                                   (1.6)

Рисунок 1.2 – Напряжение от верхнего строения пути

₁ =   = 8,3 м ;      ₂ =  Н = 16,6 м .

      ¹₁ =  arctg  = 0,7712 рад         ¹₂ = -arctg   = -0,2772 рад;

²₁ =  arctg  = 0,3855 рад         ²₂ = -arctg   = -0,1385 рад.

    2) Вертикальные напряжения от поездной нагрузки s_р  по второму пути определяются по следующим формулам

                                                   ₁ =  arctg ;                                             (1.7)

                                                 ₂ =  -arctg ;                                                   (1.8)

Рисунок 1.3 – Напряжение от поездной нагрузки по второму пути.

       ¹₁ =  arctg = 0,6596 рад ;        ¹₂ =  -arctg = -0,3283 рад ;

         ²₁ =  arctg = 0,3298 рад ;        ²₂ =  -arctg = -0,1642 рад ;

   Вертикальные напряжения от поездной нагрузки s_р  по первому пути определяются по следующим формулам

                                                 ₁ =  arctg ;                                                     (1.9)

                                              ₂ =  -arctg ;                                            (1.10)

Рисунок 1.4 – Напряжение от поездной нагрузки по первому пути

                 ¹₁ =  arctg = 0,1657 рад ;        ¹₂ =  -arctg = -0,1657 рад ;

                  ²₁ =  arctg = 0,0828 рад ;        ²₂ =  -arctg = -0,0828 рад ;

s¹_вс = -(0,7712 + sin () + 0,2772 -  sin (2 (-0,2772))) = - 8,88 кПа ;

s²_вс = -(0,3855 + sin () + 0,1385 -  sin (2 (-0,1385))) = - 4,95 кПа;

s¹_р-2 = -(0,6596 + sin () + 0,3283 -  sin (2 (-0,3283))) = - 30,87кПа;

s²_р-2 = -(0,3298 + sin () + 0,1642 -  sin (2 (-0,1642))) = - 16,70кПа;

s¹_р-1 = -(0,1657 + sin () + 0,1657 -  sin (2 (-0,1657))) = - 11,41кПа;

s²_р-1 = -(0,0828 + sin () + 0,0828 -  sin (2 (-0,0828))) = - 5,74 кПа.

   Вычисляем суммарное напряжение s¹_р и s²_р от  поездной нагрузки

s¹_р = 30,87 + 11,41 = 42,28 кПа ;

s²_р = 16,40 + 5,74 = 22,44 кПа .

1.1.3  Методика определения требуемой плотности грунта

 в теле насыпи

   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 = 25,7 кН/м³ ;    Н = 16,6 м ;    W =16 % ;    К_е =1,6

s_р⁰ = Р_р = 54,54 кПа ;

s_вс⁰ = Р_вс = 15,4 кПа ;

s⁰ = 0;

s⁰ = s_вс⁰ + s⁰ = 15,4 кПа;

s₀⁰ = s_р⁰ + s⁰ = 54,54 + 15,4 = 69,94 кПа;

е^о_ан = 0,760                    е^о_ак = 0,649

е^о_он = 0,724                    е^о_ок = 0,632

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

= 0,760-1,6((0,760-0,649)-(0,724-0,632)) = 0,7296

                         _d =   = 14,86 кН/м³ ; ^о = 14,86 (1+0,16) = 17,24 кН/м³.

1.1.5  Расчет требуемой плотности грунта в первой точке

                                                      ¹ = ^о + ,                                         (1.13)

     где  принимаем 0,6 кН/м³;

₁ = 17,24+0,6= 17,84 кН/м³;

s_р¹ = 42,28 кПа ;

s_вс¹ = 8,84 кПа ;

s¹ = ¹ ∙ Н/2 = 148,07 кПа;

s¹ = 148,07+8,84 =156,91 кПа;

s_о¹ = 156,91+42,28 = 199,19 кПа;

 е¹_ан = 0,673                 е¹_ак = 0,611

  е¹_он = 0,654                 е¹_ок = 0,604

е ¹ = 0,673– 1,1 ((0,673 – 0,611) – (0,654 – 0,604)) = 0,6598

Удельный вес сухого грунта     ¹_d =   = 15,48 кН/м³ ;

Удельный вес сухого грунта   ₁¹ = 15,48 (1+0,16) = 17,96 кН/м³.

 = | 17,96 – 17,84 | = 0,12 < 0,1÷0,2 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 0,6 кН/м³;

² = 17,96 + 0,6 = 18,56 кН/м³;

s_р² = 22,44 кПа ;

s_вс² = 4,95 кПа ;

s² = ² ∙ Н = 18,56 ∙16,6 = 308,1 кПа;

s² =  4,95 + 308,1 = 313,05 кПа;

s_о² = 22,44 + 313,05 = 335,49 кПа;

е²_ан = 0,615                    е²_ак = 0,588

е²_он = 0,609                   е²_ок = 0,584

е₀² = 0,615 – 1,1 ((0,615 – 0,588) – (0,609– 0,584)) = 0,6128

Удельный вес сухого грунта     ²_d =   = 15,93 кН/м³ ;

Удельный вес сухого грунта   ₂¹ = 15,93 (1+0,16) = 18,48 кН/м³.

 = |18,48 – 18,56 | = 0,08< 0,1÷0,2 кН/м³.

1.1.7  Вывод

_ср =  =  = 17,89 кН/м³;

е_{о ср}   =  =  = 0,6674.

По результатам расчетов строим эпюры s_р, s_вс, s, s_о  е_о, смотри рисунок