Проектирование и расчет рельсовой колеи обходного железнодорожного пути, страница 4

Объемный вес грунта насыпи, т/м³, определяется по формуле

где

      γ_y     – удельный вес грунта насыпи, т/м³;

      γ_в     – удельный вес воды, т/м³ (γ_в = 1).

Коэффициент трения грунта

f_вн = 0,75* f_н = 0,75* tg φ_н

f_вн = 0,75*tg(26)=0,37

Удельное сцепление грунта

C_вн = 0,5* C_н

C_вн = 0.5*1.53=0,77

Характеристика грунта обводненного основания пойменной насыпи

Объемный вес грунта основания насыпи, т/м³, взвешенного водой, определяется зависимостью

где

      ε_он – расчетный коэффициент пористости грунта основания насыпи.

Коэффициент пористости грунта основания насыпи определяется по формуле

где

     γ_он     – обьемный вес грунта основания насыпи при определенной влажности, т/м³;

W_он   – влажность грунта основания насыпи, %.

Сдвиговые характеристики грунтов в обводненном состоянии принимаются:

коэффициент трения

f_вон = 0,75* f_он = 0,75* tg φ_он

где

      tg φ_он    – угол внутреннего трения грунта основания насыпи естественной состоянии, град;

f_вон = 0,75*tg(27)=0,25

удельное сцепление грунта

C_вон = 0,5* C_он

где

      C_он    – удельное сцепление грунта основания насыпи (в состоянии естественной влажности), т/м².

C_вон = 0,5*1,8=0,9 т/м²

По условиям работы пойменных насыпей период подтопления можно разделить на два этапа: во время подъема внешних горизонтов поток воды направлен внутрь насыпи, во время спада – из насыпи в сторону откосов. Этот период является наиболее опасным, т. к. к снижению сдвиговых характеристик добавляется отрицательное влияние гидродинамических сил, действующих в направлении движения воды.

Гидродинамическая сила D, т, определяется по формуле

где

     γ₀      – объемный вес воды, т/м³ (γ_в = 1);

I₀          – средний уклон кривой депрессии для данного грунта

V       – объем грунта, в котором действует сила D, м³.

Так как все расчеты ведутся на 1 пог. м длины откоса насыпи, можно полагать, что

где Ω – площадь части сползающего клина, насыщенная водой, м²

( Ω = ω_вн + ω_вон )

Тогда 

3.  Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

Более широкое практическое применение нашел графоаналитический метод расчета устойчивости. При этом установлено, что в однородных связных грунтах поверхность смещения земляных масс близка к круглоцилиндрической.

Устойчивость откосов насыпи принято оценивать коэффициентом устойчивости, который представляет собой отложение моментов сил, удерживающих откос от смещения, к моменту сил, сдвигающих его относительно центра кривой смещения:

Расчеты устойчивости обычно проводят для 1 пог. м длины насыпи, при этом предполагается, что обрушение произойдет по круглоцилиндрической поверхности, имеющей радиус кривой, и сползающий клин является монолитом.

Коэффициент устойчивости определяется по формуле

где

f_i     – коэффициент внутреннего трения грунта;

N_i    – нормальная составляющая веса i – го отсека, т;

T_i    – касательная (тангенциальная) составляющая веса i – го отсека, т,

при этом

где

 γ_i    – объемный вес грунта, т/м³;

ω_i     – площадь отсека, м²;

β_i    – угол, образуемый радиус - перпендикуляром и вектором, соединяющим центр    кривой обрушения с точкой приложения сил на поверхности скольжения i – го отсека;

C_i     – удельное сцепление грунта, т/м²;

D – гидродинамическая сила, т;

l_i – длина кривой смещения i – го отсека, м,

В отсеках, расположенных левее вертикального радиуса кривой смещения, возникают тангенциальные составляющие веса T, которые направлены в сторону, противоположному смещению грунта.

Таким образом, одна часть тангенциальных составляющих отсеков относительно к удерживающим силам T_уд, другая – к сдвигающим силам T_сдв.

В пойменных насыпях одни отсеки окажутся сухими, другие – частично сухими и насыщенными водой (под сухими грунтами условно понимают грунты, находящиеся в состоянии естественной влажности). Следовательно, грунты в верхней и нижней частях подтопленной насыпи имеют разные сдвиговые характеристики.

Для оценки устойчивости имеет значение критическая кривая обрушения, т. е. такая кривая, при которой коэффициент устойчивости K имеет наименьшее значение.

При построении возможных кривых обрушения учитывают действие временной нагрузки и веса верхнего строения пути с учетом водосливной призмы насыпи. Эти нагрузки заменяют фиктивными столбиками грунта на основной площадке земляного полотна высотой соответственно h_вр и h_вс. Высота столбика h_вр определяется зависимостью

м

Где

       P_вр – сумма временной нагрузки от локомотива и постоянной от веса верхнего строения пути, т/м²;

       γ_н – расчетный объемный вес грунта насыпи, т/м³.

Ширина столбиков грунта от временной нагрузки равна длине шпалы b_вр = 2,75 м.

Результаты расчетов и для кривых обрушения представлены в табл. 1-3.

Чертежи поперечного профиля насыпи с бермой и кривой обрушения представлены в приложении 4-6.

Таблица 1