Кривая стандартного уплотнения d-max dн Ку d-max

Кривая стандартного уплотнения d-max dн = Ку d-max Ку – минимальное значение коэффициента уплотнения, определяемое в зависимости от категории линии и расположения слоя грунта в земляном полотне.

Расчет толщины защитных слоев из условия обеспечения прочности глинистых грунтов, расположенных под основной площадкой.

1. Балластные корыта / — балластное корыто; 2 — балластный слой; 3 — глинистые грунты; 4 — контакт балласта и глинистых грунтов

2. Балластные ложа

3. Балластные мешки / — балластный мешок; 2 — построечный поперечный профиль; 3 — выпор грунта вследствие образования балластного мешка; 4 — глинистые грунты; 5 — контакт балласта и глинистых грунтов

. Пучины

Весенние пучинные просадки

Допустимые величины пучения /h/при проектировании нового земляного полотна Категория Скоростные, линии особогрузонапряженные I и II /h/, мм 20 III IV 25 35

Прочность грунтов основной площадки • Прочность грунтов основной площадки (несущая способность) определяется возможностью возникновения в них зоны деформаций сдвига. При этом если в основа-нии высоких насыпей главной нагрузкой, создающей зо-ны нестабильности, является вес насыпи, то для низких насыпей (до 2 -3 м) и грунтов под основной площадкой большое значение приобретает поездная нагрузка. • Зоной развития деформаций сдвига под основной площадкой является так называемая рабочая зона земляного полотна, на которую распространяется наибольшее силовое воздействие от поездной нагрузки. Глубина её под основной площадкой составляет до 1 м и более.

Усиление основной площадки • Одним из наиболее распространенных способов обеспечения стабильности грунтов под основной площадкой является устройство защитных слоев – замена глинистых грунтов на специально подготовленные грунты из дренирующих материалов. • В соответствии с нормами защитные слои устраиваются из дренирующих грунтов в комбинации с геотекстилем или без него. Толщина защитных слоев определяется расчетом по формуле Пузыревского. Но минимальная толщина защитного слоя должна составлять в зависимости от климатических условий не менее 0, 8 1, 0 м для суглинков и глин и 0, 5 0, 7 м для супесей. Минимальная ширина покрытия – 4 м. • В качестве материала для защитного слоя применяются смеси щебеночно-гравийно-песчаные, характеристики которых определены отдельными Техническими условиями. • Усиление может быть также выполнено различными армирующими материалами из геосинтетики – армирующий геотекстиль, георешетки или геосетки.

Условие прочности грунтов основной площадки • Прочность грунтов основной площадки определяется формулой Пузыревского где h - нормальное суммарное вертикальное напряжение от поездной нагрузки, веса верхнего строения и веса грунта в рабочей зоне земляного полотна на глубине h (м) подошвой шпал; к. Па ркр – критическая для данного грунта нагрузка; к. Па с – удельное сцепление грунта, к. Па; - угол внутреннего трения грунта, рад; - удельный вес грунта, к. Н/м 3.

Проверка прочности грунтов основной площадки • Выполняется в следующей последовательности: • 1) для нескольких точек по глубине, начиная от уровня основной площадки, расположенных в подрельсовом сечении, определяются вертикальная составляющая нормальных напряжений от поездной нагрузки, веса верхнего строения и веса грунта. В качестве обязательных точек определения напряжений принимаются границы литологических слоев; • 2) в этих же точках определяются критические нагрузки; • 3) строятся эпюры напряжений и критической нагрузки; • 4) Там где напряжения выше величины критической нагрузки условие несущей способности не выполняется. • При не выполнении условия прочности рабочая зона под основной площадкой должна быть усилена.

-Прочностные характеристики грунта принимаются минимально возможными с учетом снижения сцепления в период оттаивания, определяются по формуле: Где - расчетное сцепление грунта в период оттаивания, к. Па; - нормативное сцепление талого грунта, к. Па; Кс - коэффициент снижения сцепления грунта после оттаивания при динамическом воздействии (определяется справочно); В - коэффициент, учитывающий снижение прочности грунта при морозном пучении, принимается В=70; - интенсивность пучения, доли единицы (определяется справочно).

Грунт Значения коэффициента Кс при плотности сухого грунта ρd в г/см 3 1, 50 Суглинок Супесь 1, 55 1, 60 1, 65 1, 75 1, 87 1, 1 1, 3 1, 5 1, 7 - - - 1, 5 2, 0

Суммарные напряжения в насыпях • = п + вс + , где п – временные динамические напряжения от поездных нагрузок рп, к. Па; • вс – постоянные статические напряжения от веса верхнего строения пути рвс, к. Па; • – постоянные статические напряжения от собственного веса вышележащего грунта насыпи, к. Па.

Прямоугольная нагрузка, приложенная к верхней границе полуплоскости y

0 σh (h) Pкр (h) 1, 43 h, м σ, к. Па

Основные технические требования к щебеночногравийно-песчаным смесям - Зерновой состав готовых смесей: dmax, мм Полный остаток на ситах размером, мм, в % по массе 40 30 20 10 5 2, 5 0, 63 0, 16 0, 05 50* 0 -2* 0 -10 10 -32 26 -52 48 -71 62 -83 81 -93 90 -97 95 -98 Примечание: * Полный остаток на ситах размером 40 мм не должен содержать фракции размером более 50 мм. -Коэффициент фильтрации в уплотненном состоянии не менее 1 м/сутки; -Щебень по ГОСТ 7392, марка по истираемости 1, марка по сопротивлению удару У 75, марка по морозостойкости F 100; -Готовая смесь должна поставляться с влажностью гравийно-песчаного заполнителя близкой к оптимальной; -Готовые смеси должны быть непучинистыми; -Содержание радионуклидов 740 Бк/кг (территория населенных пунктов), 740 -1500 Бк/кг (вне населенных пунктах).

24 км Кузмичевка-Моховая Верховская дистанция пути Московской ж. д. 1999 г.

25 км Кузмичевка-Моховая Верховская дистанция пути Московской ж. д. 1999 г.

Сплыв правого откоса насыпи 143 км Вязьма – Калуга (2006 г. )

Сплыв откоса насыпи Ярославль – Иваново 357 км

Смещение балластного шлейфа на правом откосе насыпи 256 км Москва – Курск (2004 г. )

Разрушение подпорной стенки из габионов 569 км С-Петербург - Москва

Общий случай расчета устойчивости (модель проф. Шахунянца) • Массив грунта блока смещения с внешними нагрузками условно вертикальными плоскостями делится на отдельные части (отсеки) так, чтобы в пределах отсека поверхность возможного смещения можно было бы заменить плоскостью с длиной li. Устойчивость возможного блока смещения в данной модели определяется из условия равновесия сил удерживающих от сдвига к силам, стремящимся 7 его сдвинуть. 8 В А 3 4 Tсд 5 6 Q Туд N 2 1

I Равновесие одного i–го отсека блока смещения. Схема действующих на отсек внешних и внутренних сил II Ц. т. Ti Еi Ei-1 Ni Qi fi. Ri cili i li Ri II Qi – сила веса i-го отсека (с учетом внешней нагрузки); в простейшем случае Qi = i 1 i, (1) где i и i – площадь и удельный вес грунта i-го отсека; сила веса Qi раскладывается на две силы: нормальную Ni и тангенциальную Ti к плоскости основания отсека Ni = Qi cos i ; Ti = Qi sin i, (2) где i – угол наклона основания i-го отсека к горизонту; Ei-1 и Ei – силы, заменяющие действие на i-й отсек соответ. I ственно вышележащей и нижележащей части массива блока смещения; Ri – нормальная реакция основания; cili – сила сцепления (ci – удельное сцепление грунта основания отсека, li – длина основания отсека), fi. Ri – сила внутреннего трения (fi – коэффициент внутреннего трения, fi = tg i, i - угол внутреннего трения грунта).

Уравнения равновесия в схеме Шахунянца (продолжение) Уравнение (5) является условием устойчивого равновесия для i-го отсека блока смещения. В нем неизвестной является сила Ei, так как остальные силы можно вычислить, а сила Ei-1 определяется из равновесия предыдущего блока. Эта сила называется оползневой силой и находится из уравнения устойчивого равновесия • Ei = ( k Ti cili fi Ni ) + Ei-1 (6) Записав эти уравнения последовательно для всех отсеков, с подстановкой значения оползневой силы из предыду-щего уравнения и считая, что E 0=0, величину оползневой силы для последнего отсека получим равной • Eп =( k Ti cili fi Ni ) (7) Если откос свободный, то Eп = 0 и тогда искомый коэффи-циент устойчивости определяется из уравнения (7) (8)

Круглоцилиндрическая поверхность смещения • При круглоцилиндрической поверхности возможного смещения используется частное решение, в котором использованы следующие дополнительные предпосылки: • - смещение блока рассматривается в виде вращения его вокруг центра круговой кривой в точке О; • - силами взаимодействия между отсеками Еi-1 пренебрегают; • - силы веса и внешние воздействия приложены не в центре тяжести отсеков, а по основанию. • Кроме того, как и ранее смещение блока происходит как единого целого без разрывов и трещин, внешние нагрузки от веса верхнего строения и поездное воздействие заменяются фиктивными столбами грунта и расчет ведется в двухмерной постановке

Схема модели (круглоцилиндрическая поверхность смещения) • Коэффициент устойчивости определяется как соотношение момента удерживающих сил к моменту сдвигающих сил

Влияние воды на устойчивость откосов и склонов Вода оказывает большое влияние на устойчивость, уменьшая при его насыщении прочностные характеристики и создавая дополнительные фильтрационные силы. Рассмотрим влияние воды на примере паводковых вод для пойменных насыпей, как наиболее характерное явление. В качестве расчетного (наиболее неблагоприятного) принимается следующее: • а) по мере подъема и стояния паводковых вод – вода инфильтруется в грунт насыпи; • б) после длительного стояния поводка грунт насыпи оказывается водонасыщенным до отметки наивысшего уровня воды (НУВ); • в) при начале спада паводка, вода уходит быстро и вода из тела насыпи под действием сил гравитации эксфильтруется; • г) верхний уровень воды очерчивается кривой депрессии, а над ним размещается зона сплошного капиллярного насыщения.

Схема насыщения насыпи при паводке Влияние воды на устойчивость в рамках расчетной схемы учитывается следующим образом: 1) удельный вес: - выше уровня капиллярного насыщения (площадь отсека I) определяется фактической величиной с учетом естественной влажности

Схема насыщения насыпи при паводке (продолжение) • - в зоне сплошного капиллярного насыщения (площадь отсека II) вода держится на менисках и является дополнительной нагрузкой, поэтому - в зоне сплошного насыщения (площадь отсека III): при водопроницаемом основании действуют силы противо-давления и проявляется взвешивающее действие воды при водонепроницаемом основании принимается бр; - в основании: при водопроницаемом основании принимается осн-sв; при водонепроницаемом основании принимается осн;

Схема насыщения насыпи при паводке (окончание) • 2) учитываются гидродинамическая сила (сила давления вытекающей воды) D 0, возникающая при эксфильтрации, которая добавляется к сумме сдвигающих сил при расчете коэффициента устойчивости 3) прочностные характеристики грунтов насыпи при водонасыщении снижаются относительно характеристик при естественной влажности сsat (0, 50 0, 70)c. W и sat (0, 75 0, 85) W.

Нормативные коэффициенты устойчивости Полученное в расчетах устойчивости минимальное значение коэффициента устойчивости kmin сравнивается с допус-каемым коэффициентом устойчивости [k], нормирование которого производится в соответствии с СТН Ц-01 -95 где п – коэффициент надёжности по назначению сооружения (коэффициент ответственности сооружения); для линий: скоростных и особогрузонапряженных п=1, 25, для I и II категорий – п =1, 20, для III категорий– п=1, 15, для IV категорий– п=1, 10; fc – коэффициент сочетания нагрузок; при основном сочетании fc =1, 00, при особом (сейсмика) – fc =0, 90, для строительного периода – fc =0, 95; c – коэффициент условий работы; при использовании методов расчета, удовлетворяющих условиям равновесия, c =1, 00, при использовании упрощенных методов – c =0, 95.

Расчет коэффициента устойчивости № Гамма Xi, м βi, град βi, рад sin βi cos βi φi, рад cos φi 1 19, 6 18, 13 15 0, 7055 0, 6484 0, 7613 0, 261799 0, 9659 1, 0695 2 19, 6 14, 97 15 0, 5650 0, 5354 0, 8446 0, 261799 0, 9659 3 19, 6 9, 11 15 0, 3319 0, 3258 0, 9454 0, 261799 0, 9659 4 19, 6 3, 25 15 0, 1162 5 19, 5 0, 87 15 0, 0311 6 19, 3 -0, 84 15 -0, 0300 7 19, 4 -2, 3 15 -0, 0824 8 19, 5 -3, 69 28 -0, 1324 9 19, 5 -4, 96 28 10 19, 5 -5, 45 28 cos φi/cos(βi Si, м 2 - φi) Qi, Кн 5, 6 110, 2 1, 0121 8, 3 0, 9683 21, 5 0, 9932 0, 261799 0, 9659 0, 9762 0, 0311 0, 9995 0, 261799 0, 9659 -0, 0300 0, 9995 0, 261799 0, 9659 -0, 0823 -0, 1320 -0, 1783 -0, 1962 Тi=Qi*sin Ni=Qi*co fi=tg φi βi s βi 27, 96 li, м ci, Кн/м 2 li*ci Ni*fi+li*ci +|Ti-уд| с. Fуд с. Fсдв 22, 5 7, 3 8 58, 48 80, 9 86, 6 76, 4 71, 4 83, 9 0, 3 162, 9 87, 2 137, 6 0, 3 36, 9 4, 3 8 34, 56 71, 4 72, 3 88, 3 422, 2 137, 6 399, 1 0, 3 107, 0 8, 9 8 70, 96 177, 9 172, 3 133, 2 8, 2 161, 5 18, 8 160, 4 0, 3 43, 0 2, 9 8 23, 52 66, 5 64, 9 18, 3 0, 9922 5, 2 100, 5 3, 1 100, 5 0, 3 26, 9 1, 7 8 13, 76 40, 7 40, 4 3, 1 1, 0086 4, 8 92, 5 -2, 8 92, 4 0, 3 24, 8 1, 7 8 13, 2 38, 0 38, 3 -2, 8 0, 9966 0, 261799 0, 9659 1, 0261 2, 7 52, 4 -4, 3 52, 3 0, 3 14, 0 1, 1 8 8, 88 22, 9 23, 5 -4, 4 0, 9913 0, 488692 0, 8829 1, 0857 2, 5 48, 4 -6, 4 47, 9 0, 5 25, 5 2, 1 0 0 25, 5 27, 7 -6, 9 -0, 1774 0, 9841 0, 488692 0, 8829 1, 1238 0, 1 1, 2 -0, 2 1, 2 0, 5 0, 6 0, 2 0 0 0, 6 0, 7 -0, 2 -0, 1949 0, 9808 0, 488692 0, 8829 1, 1400 0, 2 4, 5 -0, 9 4, 4 0, 5 2, 3 1, 5 0 0 2, 3 2, 7 -1, 0 Σ 529, 2 303, 9 Расчет удельного веса Куст R= Ni*fi, Кн № отсека γ 1 γ 2 γ 3 S 1 S 2 S 3 1 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 0 5, 6 19, 6 2 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 0 8, 3 19, 6 3 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 0 21, 5 19, 6 4 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 0 8, 2 19, 6 5 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 0, 55 4, 6 19, 5 6 19, 5 18, 5 19, 6 0, 0 1, 48 3, 3 19, 3 7 19, 5 18, 5 19, 6 1, 1 0, 33 1, 3 19, 4 8 19, 5 18, 5 19, 6 2, 5 0 0, 0 19, 5 9 19, 5 18, 5 19, 6 0, 1 0 0, 0 19, 5 10 19, 5 18, 5 19, 6 0, 2 0 0, 0 19, 5 γ 1, 74

Расчет осадок оснований насыпей • При индивидуальном проектировании производится расчет осадок основания насыпей Sосн и предусматриваются мероприятия по устранению их последствий либо по предотвращению их появления. К таким мероприятиям относятся: • - назначение запаса на осадку – применяется, если есть возможность обеспечить временное повышение отметок без нарушения требований по уклонам профиля (ограничение: участки с руководящими уклонами, подходы к мостам); • - уширение основной площадки земляного полотна с последующей в период эксплуатации подъемкой пути на балласт; • - мелиорация грунтов основания для предотвращения осадок (устройство свайных оснований, мероприятия по ускорению консолидации грунтов) – применяется при больших величинах осадок (слабые грунты в основании) на скоростных и особогрузонапряженных линиях.

Модель для расчета осадок насыпей • 1) Для расчета осадки основания насыпей Sосн используется известный в механике грунтов метод послойного суммирования. • Основание насыпи по глубине делится горизонтальными плоскостями на ряд слоев (произвольно при однородном сложении или в соответствии с литологическими слоями – при неоднородном. При этом желательно верхние слои принимать меньшей толщины, чем нижние, так как в них реализуется основная часть осадки. Минимальное количество слоев – три). • 2) Основание считается весомым, напряжения в котором определяются от внешних нагрузок и от собственного веса. • 3) Внешние нагрузки на основание заменяются эпюрой вертикальной составляющей нормальных напряжений, действующих по подошве насыпи. • 4) Задача плоская, статическая. Осадка определяется по оси насыпи.

Методы расчета осадок Для определения величины осадки основания после сооружения насыпи используется два метода: • - метод, основанный на компрессионных кривых; • - метод, в котором расчет ведется по модулям деформации грунтов. • Пример компрессионной кривой е = g е. С С , к. Па

Расчет осадок основания с применением компрессионных кривых (окончание) • 7) Определяют осадку (сжатие) каждого выделенного i-того слоя по формуле • где ē пр-i и ē 0 -i – средние в слое толщиной hi величины коэффициентов пористости, соответственно природные (до возведения насыпи) и расчетные (после возведения насыпи). • 8) Однако сжатие основания происходит и ниже выделенных слоев, поэтому определяют осадку Sдоп, которая реализуется за счет нижележащей толщи. Для определения этой величины строится кривая относительной осадки (z). Относительная осадка слоя определяется • .

Схема к расчету осадки основания насыпи

Запас на осадку • Величина запаса на осадку S 00, который должен быть предусмотрен при возведении насыпей определяется по формуле • S 00 = S 0 + Sнас, где S 0 - осадка основной площадки из-за сжатия основания; • Sнас - осадка грунтов насыпи, если они при возведении были недоуплотнены, при соблюдении норм можно принимать Sнас = 0. • При этом величина S 0 находится из величины осадки основания с учетом её частичной реализации в период строительства определяется по формуле • S 0= (1 ) Sосн i. H, • где (1 ) – доля осадки основания, реализуемая после сдачи насыпи в эксплуатацию; • i – коэффициент погашения осадки основания в теле насыпи, за счет разуплотнения, i = 0, 001; • H – высота насыпи.

Схема к определению запаса на осадку

Уширение основной площадки • Величина уширения основной площадки насыпи с каждой стороны определяется • bуш = m S 00 , • где т – заложение крутизны откоса балластной призмы, т=1, 5. • Ширина основной площадки с учетом уширения для последующих подъемок пути на балласт находится по формуле • B = b +2 bуш = b +2 m S 00 , • где b – нормируемая ширина основной площадки в обычных условиях. • В

Схема к определению требуемого уширения основной площадки насыпи

Защита земляного полотна от размыва • Тип укрепления земляного полотна и вид защиты назначают в зависимости от конкретных условий объекта: топографии, климата, гидрологии и др. Они уменьшают или предотвращают инфильтрацию атмосферных осадков в грунт, защищают земляное полотно от размывов текущей водой или волноприбоя. • Укреплению подлежат: • - откосы насыпей, выемок и защитного слоя при всех видах грунтов, кроме скальных слабовыветривающихся и крупнообломочных; • - обочины насыпей при песчаных грунтах, а выемок при песчаных и переувлажненных глинистых грунтах; • - бермы, разделительные площадки на откосах насыпей и выемок, регуляционные сооружения, кавальеры, банкеты; • - откосы и дно водоотводных канав и кюветов; • - поверхности нарушенных при выполнении земляных работ площадей.

Типы защитных и укрепительных устройств и сооружений Материал Травяной покров Конструкция Искусств. дерн Водоток Скорость Высота Особые течения волны условия временный До 1, 3 м До 0, 2 м *г*к До 1, 3 м До 0, 2 м - Засев в обрешетках Каменный Мощение Без огра- 2, 5 -5, 0 м До 1, 5 м Руч. труд материал ничений 1, 5 -5, 0 м До 1, 5 м Наброска Габионы Бетон Железобетон > 5, 0 м > 1, 5 м Руч. труд Плиты До 1, 5 м До 0, 7 м Откос не Свободнолежащие плиты До 3, 0 м До 1, 5 м круче 1: 2 Плиты омоноличенные по контуру До 6, 0 м До 3, 0 м Монолитные покрытия До 8, 0 м До 3, 0 м Фасонные блоки и стены > 8, 0 м > 3, 0 м -

где: Кб - коэффициент запаса, зависящий от категории дороги ηпл - коэффициент, учитывающий тип плиты h 1% - высота волны - длина волны B - размер плиты, перпендикулярный урезу воды γпл - удельный вес материала плиты γв - удельный вес воды, γв = 10 к. Н/м 3 m - показатель крутизны откоса, m = 2.

При укладке плит необходимо производить их объединение в ковер. Определяется количество плит nпл, шт. , укладываемых по образующей укрепляемого откоса длиной l. где: l - длина укрепляемого откоса; Lпл - высота плиты. где: - отметка верха укрепления

Основы проектирования обратных фильтров (1) • Под различными типами укреплений из камня и бетона, защищающими земляное полотно и его сооружения от размыва и волноприбоя, а также при заполнении дренажных траншей используют обратные фильтры, которые выполняют из щебенисто-гравийно-песчаных грунтов и геотекстиля. • Обратный фильтр предназначен для предотвращения механической суффозии мелких частиц грунта (вынос с фильтрующейся водой) из земляного полотна или их вывала в поры контактирующего материала укрепления (для бетонных покрытий в швы) или в отверстия дренажной трубы. • Обратный фильтр бывает однослойный (технологически более прост) или многослойный. Многослойный фильтр применяется при очень большой разнице в размерах частиц грунта земляного полотна и пор материала укрепления, когда не удается подобрать материал однослойного фильтра, удовлетворяющий всем условиям по контакту.

Основы проектирования обратных фильтров (2) • При подборе материала фильтра условия суффозии и вывала проверяются на каждой границе между слоями. При однослойном фильтре это две границы – одна между грунтом и материалом фильтра и другая между материалом фильтра и материалом укрепления (дренажной трубой). • При проектировании обратного фильтра из зернового материала подбирается его гранулометрический состав, который характеризуется размерами зерен фильтра, меньше которых по массе в материале фильтра содержится определенное процентное количество. • Как правило, основными являются значение диаметров при 90%, 60%, 50%, 25% и 10%. Также определяющим является коэффициент неоднородности материала Кривые гранулометрического состава зернового материала строятся по данным лабораторных испытаний, выполненных ситовым методом

Кривые гранулометрического состава материала обратного фильтра