Методика расчета плотности и напряжений грунта насыпи

Для высоких насыпей требуемая плотность грунта зависит от его напряженного состояния и определяется расчётом из условия обеспечения упругой работы грунта в различных точках насыпи.Характеристикой плотности грунта является его плотность в сухом состоянии, т.е. масса частиц в единице объёма грунта, т/м³:

ρ_{d. тр.} = ρ_s / (1+е₀ ) , (1.5)

где ρ_s – где плотность частиц грунта, т/м³; е₀ – расчётное значение коэффициента пористости грунта, при котором обеспечивается его работа в упругой стадии под воздействием нагрузок от подвижного состава, веса верхнего строения пути и собственного веса грунта;

е₀ = е_ан – К (∆е_а – ∆е₀), (1.6)

где ∆е_а = е_ан – е_ар и ∆е₀ = е_он – е_ор – определяется из компрессионной кривой (рис. 1.3), которая строится по данным приложения Б /трам-пам-пам /; е_ан и е_ар – коэффициенты пористости грунта, определяемые, соответственно, по ветвям нагрузки и разгрузки при напряжении σ_а = σ_вс + σ_γ; е_он и е_ор – коэффициенты пористости грунта при напряжении σ_о = σ_а + σ_р; σ_вс, σ_р, σ_γ – напряжение от верхнего строения пути, подвижного состава и собственного веса грунта; К – коэффициент, учитывающий многократность, продолжительность и способ приложения нагрузки, равный 1,1 – 1,6 в зависимости от положения расчетного слоя грунта.

Расчет требуемой плотности грунта сводится к определению напряжений в наиболее нагруженном сечении насыпи, каким является ось пути. Величины σ_вс и σ_р вычисляются в соответствии с теорией упругости.

Напряжение от собственного веса грунта определяется по формуле:

σ_γ= _ср.i h_i (1.7)

где γ_ср.i – средний удельный вес грунта i – го слоя насыпи, кН/м ,

h – толщина i – го слоя насыпи, м.

γ_ср.i = (γ_{i-1 +} γ_i)/2 (1.8)

где γ_i-1 и γ_i –удельный вес грунта соответственно в (i-1)-й и i-й точках, кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется по формуле:

γ = ρ_{d тр} (1+ W)g (1.9)

где W – влажность грунта, доли единиц , g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с .

Расчёт напряжений по формулам (1.7)-(1.9) ведётся методом попыток совместно с расчётом требуемой плотности грунта.

Рис.1.3 Компрессионая кривая для супеси пылеватой.

1.3.2. Расчётная схема и действующие нагрузки.

На расчётной схеме рис.1.4 изображена основная часть насыпи, высота которой определяется как разность, с учётом того при устройстве защитного дренирующего слоя под балластом проектная бровка превышает профильную на высоту сливной призмы и толщину песчаной подушки, то есть Г_пр увеличивается на 0,35 м для однопутного участка:

Н_нас = Г_пр – Г_з (1.10)

Н_нас = 401,67 + 0,7/2 – 387,75 = 14,27 м

H_p= Н_нас – h_{з сл} = 14,27 – 0,7 = 13,57 м

На основной площадке показывается действующее давление в виде полосовых прямоугольных напряжений от подвижного состава и верхнего строения пути.

Интенсивность вибродинамической нагрузки от подвижного состава определяется по формуле:

(1.11)

где P – осевая нагрузка для тепловоза ТЭП70, (220 кН); /1/прил.В

n – число осей в тележке (3); /прил.В, 1/;

l_жб – длина жёсткой базы тележки, (4,3 м); /прил.В, 1/;

b₀ – длина шпалы, (2,75 м).

Р_о=(1,3*220*3)/(4,3*2.75) = 72,56 кПа

В расчет предлагается принять Р_о = 80 кПа, как перспективная нагрузка на грунт.

Давление от веса верхнего строения пути и ширину полосовой нагрузки можно назначить по таблице 1.5 /1/ с учетом типа рельсов и рода шпал, которые следует принять для линии IV категории с типом рельс Р50 и деревянными шпалами.

Рис 1.4 Расчетная схема к определению требуемой плотности грунта насыпи.