Роектирование пойменной насыпи. 3 страница

m_б– крутизна откоса балластной призмы; m_б = 1.5;

Расчет:

S_осн = 0.762+ 0.219 = 0.981(м);

S_{осн.площ} = (1-a)* S_осн – i*H = (1-0.68)*0.981 – 0.001*16,2 = 0.298 ;

a_{уширен.}= 2*1.5* 0.298 = 0.894(м);

В=7,3+0,894=8,2м

2.10. Расчет устойчивости откосов насыпи.

При круглоцилиндрической поверхности возможного смещения используется приближенное решение. Схема расчета в плоской задаче представлена на рис. В этой схеме приняты следующие допущения:

– смещение блока рассматривается как вращение его вокруг оси круглого цилиндра (в плоской задаче это центр круговой кривой О);

– силами взаимодействия между отсеками E_i- и E_i пренебрегают;

– силы веса и внешние воздействия Q_i приложены к основанию (а не в центе тяжести) отсека, т. е. принимается, что:

– внешние нагрузки (p_п и p_вс) заменяются фиктивными столбами грунта удельного веса у высотою соответственно:

Расчет производится на один линейный метр массива.

Тогда:

После сокращения R получим следующее соотношение:

Для удобства расчетов составляющих формулы составляют таблицу 4 в которую заносят:

– расстояние от середины отсека до вертикального радиуса x_i;

– синус и косинус угла между векторами веса отсека и тангенциальной и нормальной его составляющими, определяемыми как:

;

– площади с чертежа соответствующие зоне состояний грунта (сухой, капиллярно насыщенный, водонасыщеный грунт насыпи, водонасыщеный грунт основания);

– вес соответствующей зоны грунта

;

– касательные сдвигающие и удерживающие силы:

– нормальные составляющие веса грунта для определения сил трения отсека грунта по поверхности скольжения:

Силы трения и силы сцепления грунта по поверхности определяются как:

где f_i – коэффициент трения грунта по грунту определяется для каждой зоны в зависимости от влажностного состояния грунта;

C_i – удельное сцепление, также зависящее от влажностного состояния грунта:

l_i – длина кривой скольжения в пределах отсека.

Вышеперечисленные характеристики грунтов по зонам определяются в следующем порядке:

Расчет для І зоны (абсолютно сухой грунт):

ω_І – площадь сечения первой зоны (по расчетной схеме устойчивости откоса подтопляемой насыпи);

g_І = g_s*(1+W)/(1+e) – удельный вес частиц І зоны;

g_І=26.6*(1+0.23)/(1+0.7298)=18.91 кН/м³

е = е_о =0.7298(на глубине 2/3*h “расчет потребной плотности грунта насыпи”);

Q_І = ω_І*g_І - собственный вес грунта І зоны;

Q_І=90.1*18.91=1703.8

С_І = C_пр =41 кН/м² (удельное сцепление кН/м²);

ƒІ = ƒ_пр = tgφ_пр – коэффициент трения;

ƒІ = ƒ_пр = tg24^◦=0.445

Расчет для ІІ зоны (капиллярно-насыщенный грунт):

ω_ІІ – площадь сечения второй зоны (по расчетной схеме устойчивости откоса подтопляемой насыпи);

g_ІІ = (g_s + е*g_в)/(1+e) – удельный вес частиц ІІ зоны;

g_в - удельный вес воды (10 кН/м²);

g_ІІ=26.6+0.7298*10/(1+0.7298)=19.59 кН/м³

е = е_о=0.7298 (на глубине 2/3*h “расчет потребной плотности грунта насыпи”);

Q_ІІ = ω_ІІ*g_ІІ - собственный вес грунта ІІ зоны;

Q_ІІ=9.35*19.59=183.2

С_ІІ = C_пр=41 кН/м² (удельное сцепление кН/м²);

ƒІІ = ƒ_пр = tgφ_пр – коэффициент трения;

ƒІІ = ƒ_пр = tg24^◦=0.445

φ_ІІ = φ_пр=24^◦ – угол внутреннего трения (по исходным данным);

Расчет для ІІІ зоны (влажный грунт насыпи):

ω_ІІІ – площадь сечения третьей зоны (по расчетной схеме устойчивости откоса подтопляемой насыпи);

g_ІІІ = (g_s - g_в)/(1+e) – удельный вес частиц ІІІ зоны;

g_ІІІ=26.6-10/(1+0.7298)=9.59 кН/м³

g_в - удельный вес воды (10 кН/м²);

е = е_о=0.7298 (на глубине 2/3*h “расчет потребной плотности грунта насыпи”);

Q_ІІІ = ω_ІІІ*g_ІІІ - собственный вес грунта ІІІ зоны;

Q_ІІІ=77.7*9.59=745.14

С_sat = (0.5÷0.7)*C_пр = 0.6*C_пр - (удельное сцепление влажного грунта кН/м²);

С_sat=0.6* C_пр=0.6*41=24.6 кН/м²

ƒsat = tgφ_sat=tg19.2^◦=0.348 – коэффициент трения влажного грунта основания ;

φ_sat = (0.75÷0.85)*φ_пр = 0.8*φ_пр – угол внутреннего влажного грунта

основания трения (по исходным данным);

φ_sat =0.8*φ_пр=0.8*24=19.2^◦

Расчет для ІVзоны (влажный грунт основания):

ω_ІV – площадь сечения четвертой зоны (по расчетной схеме устойчивости откоса подтопляемой насыпи);

g_ІV = (g_s^осн - g_в)/(1+e_осн) – удельный вес частиц ІV зоны;

g_в - удельный вес воды (10 кН/м²);

g_ІV=26.8-10/(1+0.716)=9.79 кН/м³

е = е_о^a=0.716 (“расчет осадки основания”);

Q_ІV = ω_ІV*g_ІV - собственный вес грунта ІV зоны;

Q_ІV =1.51*9.79=14.78

С_sat ^осн= (0.5÷0.7)*C_пр^осн = 0.6*C_пр (удельное сцепление влажного грунта кН/м²);

С_sat ^осн=0.6*C_пр=0.6*49=29.4 кН/м²

ƒ_sat^осн = tgφ_sat^осн =tg26^◦=0.488– коэффициент трения влажного грунта основания;

φ_sat^осн = (0.75÷0.85)*φ_пр^осн = 0.8*φ_пр^осн – угол внутреннего трения влажного грунта основания(по исходным данным);

φ_sat^осн = 0.8*φ_пр^осн=0.8*26=20.8

При прекращении паводка, вода заполнившая поры грунта отступает и этим самым создает дополнительное усилие D которое учитывается как:

Коэффициент устойчивости рассчитываем по суммам соответствующих граф таблицы 4.

На основании полученного расчета можно сделать вывод о том, что пойменная насыпь находится в состоянии устойчивости, т.е. при ее эксплуатации не требуется постоянный контроль за состоянием ее откосов и выполнение мер предупреждающих их оползание в период межсезонья.

В данном расчете учитывается только статическое состояние грунтов насыпи и основания, в реальной же ситуации при проходе подвижного состава в грунте возникают напряжения постоянно меняющиеся во времени. Можно выделить два типа напряжений в зависимости от частоты:

– низкочастотные, вызваны проходом тележек подвижного состава;

– высокочастотные, вызваны неровностями на пути и колесе подвижного состава.

В результате в насыпи происходят периодические процессы обжатия грунта в следствие низкочастотных колебаний и тиксотропное разжижение грунта в следствие высокочастотных колебаний. В следствие всего вышесказанного устойчивость откосов и насыпи в целом уменьшается.

Методика расчета динамического состояния грунтов насыпи достаточно сложна и сводится к итерационным методам подбора решения.

Таблица 4

Данные для расчета коэффициента устойчивости пойменной насыпи.

N отcека	Хi	sinβ	cosβ	ωi	Qi	∑Q	T	Ni	ƒi	Ni*ƒi	Ci	ℓi	Ci*ℓi
ωІ	ωІІ	ωІІІ	ωIv	QІ	QІІ	QІІІ	Qiv	Tсдв.	Туд.
	38,2	0,75	0,66	18,6				351,5				351,5369	2,75		231,9	0,445	103,200234		4,2	172,2
	36,4	0,72	0,698	3,25				61,46				61,4575	0,75		42,9	0,445	19,08889956		1,1	45,1
	35,3	0,69	0,72	7,1				134,3				134,261	1,53		96,6	0,445	42,98854343		2,1	86,1
	33,04	0,65	0,76	17,1				323,4				323,361			245,7	0,445	109,3500123		3,95	161,95
	30,04	0,59	0,807	18,2				344,2				344,162			277,6	0,445	123,5446048		3,7	151,7
	27,04	0,53	0,847	18,4				347,9				347,944			294,6	0,445	131,1087152		3,5	143,5
	24,9	0,49	0,872	7,4				139,9				139,934	1,3			0,445	54,28731803		1,5	61,5
	23,8	0,47	0,884		0,26				5,093			5,0934	1,02		4,501	0,445	2,002753175		1,2	49,2
	21,9	0,43	0,902		1,3	1,5			25,47	14,39		39,852	2,6		35,96	0,348	12,51527124	24,6	2,9	71,34
	19,3	0,38	0,925		1,31	4,3			25,66	41,24		66,8999	2,61		61,89	0,348	21,53765955	24,6	2,8	68,88
	16,5	0,32	0,946		1,5	7,8			29,39	74,8		104,187			98,55	0,348	34,29366303	24,6	3,2	78,72
	13,5	0,27	0,964		1,5	10,2			29,39	97,82		127,203			122,6	0,348	42,67684041	24,6	3,1	76,26
	10,7	0,21	0,978		1,3	10,3			25,47	98,78		124,244	2,6		121,5	0,348	42,26808738	24,6	2,7	66,42
	8,24	0,16	0,987		1,2	10,4			23,51	99,74		123,244	2,4		121,6	0,348	42,32161431	24,6	2,4	59,04
	5,9	0,12	0,993		0,98	10,3			19,2	98,78		117,9752	2,2		117,2	0,348	40,77786254	24,6	2,3	56,58
	3,5	0,07	0,998			10,7	0,3			102,6	2,937	105,55	2,6		105,3	0,348	36,64421956	24,6	2,6	63,96
	1,09	0,02				6,4	0,45			61,38	4,4055	65,7815	2,2		65,77	0,348	22,88796	24,6	2,2	54,12
	1,1	0,02				4,05	0,5			38,84	4,895	43,7345		2,2	43,72	0,348	15,21456	24,6	2,2	54,12
	3,5	0,07	0,998			1,7	0,26			16,3	2,5454	18,8484		2,6	18,8	0,348	6,5424	24,6	2,6	63,96
			∑	90,1	9,35	77,7	1,51		183,2	744,7	14,7829	2645,2693	39,56	4,8		∑	903,2512		∑	1584,7
						∑	169,5			∑	2645,68

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СТАБИЛИЗАЦИИ ВЫЕМКИ

асчет нагорной канавы

Канавы служат для отвода поверхностных вод.

К канавам относят: продольные водоотводные канавы, нагорные канавы, забанкетные канавы, кюветы.

Гидравлический расчет канав

Из задания на курсовой проект имеем следующие исходные данные:

1 2 3

Расход воды, м³/с: 0.29 0.65 0.41

Уклон, ‰: -15 16 17

Длина участка, м: 210 400 520

часток №1

Определим минимально необходимую площадь живого сечения.

(3.1)

где n=0,033 – коэффициент гидравлической шероховатости, в первом приближении принимаем канаву с грунтовым дном и одернованными откосами;

(3.2)

, (3.3.)

где: k – коэффициент, определяемый по формуле:

(3.4.)

где m = 1,5 – показатель откоса канавы.

Геометрические характеристики канавы:

По ω_min, определим h:

(3.5)

При известном значении h найдем b:

(3.6)

Размеры канавы сравниваем с минимальными.

Принимаем h = 0,6 м, b = 0,6 м.

ω_min=0.6*0.626+1.5*0.626²=0.964м²

Скорость тока воды в канаве:

(3.9)

Тогда расход через сечение канавы:

(3.10)

Полученный расход сравниваем с потребным значением расхода.

Из расчета видно, что канава такого сечения справится с расчетным расходом с большим запасом.

часток №2

Из расчета видно, что канава такого сечения справится с расчетным расходом с большим запасом.

часток №3

Из расчета видно, что канава такого сечения справится с расчетным расходом, с большим запасом.

По данным строим продольный профиль канавы.

3.2. Проектирование противопучинных мероприятий.

3.2.1. Проектирование дренажей.

Как правило, дренажи устраивают там, где необходимо предохранить грунт выемки от морозного пучения, когда уровень грунтовых вод находится выше расчетного горизонта промерзания грунта. Либо там, где по каким-либо причинам водоотводная канава не в силах справиться со своими функциями.

Расчет дренажа включает в себя решение следующих задач:

1. Определение эффективности дренажа;

2. Определение глубины заложения дренажа;

3. Определение сроков осушения грунта;

4. Определение уровня воды в дренаже (гидравлический расчет).

1. Определение эффективности дренажа.

Основной характеристикой эффективности дренажа является коэффициент водоотдачи который определяется как:

где n – пористость грунта;

m₀ – объем пор из которых вытечет вода при осушении:

Объем пор из которых вытечет вода при осушении:

где α=0.05±0.1 – количество капиллярно-застрявшей воды;

W₀ – максимальная молекулярная влагоемкость;

γ_в – удельный вес воды;

γ_d – удельный вес скелета грунта:

Удельный вес скелета грунта:

где е – коэффициент пористости, которую определим из соотношения:

Откуда:

Тогда:

Т.к. полученный коэффициент водоотдачи больше чем 0.2, то эффективность применения данного сооружения оправдана.

2. Определение глубины заложения дренажа.

Глубину дренажа определяют из условия, что при его устройстве естественный уровень грунтовых вод упадет ниже расчетного горизонта промерзания грунта в данном сечении земляного полотна. В расчетах закладывают возможность колебания уровня грунтовых вод во времени путем введения запаса к минимально необходимому уровню воды в грунте.

Глубина заложения дренажа:

где z_пр=2.0 м– глубина промерзания за 10 лет наблюдений;

е_зап=0.2 м – запас на переменный уровень грунтовых вод;

а_кп=0.5 м – высота капиллярного поднятия воды в грунте;

h₀=0.4 м – расстояние от точки выклинивания кривой депрессии в траншее до дна траншеи;

h_k = 0,6 м – высота от бровки земляного полотна до дна кювета,

Ширина траншеи принимается равной0,4 м;

Стрела изгиба кривой депрессии f определяется как:

где I – уклон кривой депрессии;

L_м – расстояние от оси пути до стенки траншеи.

Для закюветного двухстороннего дренажа:

,

Где В = 7,3 м – ширина земляного полотна поверху;

Тогда глубина заложения дренажа:

Геометрические параметры дренажа:

где h₁ = 1.0 м – отметка ГГВ ниже уровня бровки земляного полотна;

h₂ = 4,9 м – отметка водоупора ниже уровня бровки земляного полотна.

3. Определение сроков осушения грунта.

При осушении грунта очень важно знать за какое время дренаж понизит уровень грунтовых вод до расчетной отметки. Связано это с тем, что нужно знать срок время по прошествии которого грунт выемки промерзнет до расчетной отметки и как следствие требуется определить сроки начала работ по устройству дренажа.

Сроки осушения определяют для междудренажной и полевой сторон, причем определяющим с точки зрения технологии строительства является срок осушения междудренажной стороны.

Итак, срок осушения для междудренажной стороны:

где К – коэффициент фильтрации;

В – коэффициент, определяемый по формуле:

где а – половина ширины траншеи(0.2м);

η₁ – функция, определяющая время от начала осушения, до смыкания ветвей кривой депрессии;

η₂ – функция, определяющая время от момента перехода кривой депрессии в стационарное положение;

Функция А определяется в зависимости от соотношения h и H по таблице 5.10.

Интерполируя между значениями 0.10 (А=0.857) и 0.20 (А=0.842) имеем:

В конечном итоге время осушения междудренажной стороны составит:

Срок осушения для полевой стороны:

где L₀ – расстояние от стенки траншеи до того места, где кривая депрессии смыкается с уровнем грунтовой воды определяемое как:

η₁ – функция, определяющая время от начала осушения, до перехода кривой депрессии в стационарное положение:

Для полевой стороны функция η₂ принимается равной нулю т.к. смыкание ветвей с полевой стороны отсутствует: