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 Гпр увеличивается на 0,35 м для однопутного участка:

Ннас = Гпр – Гз (1.10)

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

Hp= Ннас – hз 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:

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru (1.11)

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

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

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

b0 – длина шпалы, (2,75 м).

Ро=(1,3*220*3)/(4,3*2.75) = 72,56 кПа

В расчет предлагается принять Ро = 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.

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru

Рис 1.4 Расчетная схема к определению требуемой плотности грунта насыпи.

Расчет необходимой плотности грунта насыпи.

Первая расчетная точка 0’ находится на расстоянии 0,7 м от основной площадки насыпи, сложенной пылеватой супесью (рис.1.4).

Для точки 0’: (на основной площадке)

σγ-о = 0;

σа-о = Рвс = 30,4 кПа;

σо-о = Рвс + Ро = 30,40 + 80 = 110,40 кПа.

Из графика компрессионной кривой:

еан-о = 0,759 еон-о = 0,712

еар-о = 0,655 еор-о = 0,641

∆σа-о = 0,104, ∆σо-о = 0,071.

Ко=1,6;

ео-о = 0,759 – 1,6(0,104 – 0,071) = 0,706;

ρd-о = 2,69/(1 + 0,706) = 1,577 т/м3;

γо =1,577(1 + 0,160)9,808 = 17,940 кН/ м3.

Для точки n: (в подошве насыпи)

γ|n = 17,940 + 0,05*13,570 = 18,619 кН/м3;

σγ-n = (17,940 + 18,619) 13,570/2 = 248,053 кПа;

σвс-n = 0,2*30,4 = 6,080 кПа;

σр-n = 0,2*80 = 16 кПа;

Кn = 1,1;

σа-n = 6,080 + 248,053 = 254,133 кПа;

σо-n = 295,562 + 16 = 270,133 кПа.

Из графика компрессионной кривой:

еан-n = 0,652 еон-n = 0,647

еар-n = 0,624 еор-n = 0,622

∆еа-n = 0,029 ∆ео-n = 0,025.

ео-n = 0,652 – 1,1(0,028 – 0,0 25) = 0,649;

ρd-n = 2,69/(1 + 0,649) = 1,631 т/м3;

γn = 1,631(1 + 0,16)9,808 = 18,556 кН/м3.

Проверка: Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru

|18,619 – 18,556 | = 0,063, следовательно, проверка не выполняется, поэтому в дальнейший расчет принимаем γn = 18,556 кН/м3.

ρd-ср = 1,604 т/м3, γср = 18,248 кН/м3, ео-ср = 0,678.

Проктирование поперечного профиля насыпи с обеспечением устойчивости откосов

Потеря устойчивости грунтовых массивов представляется в виде смещения их откосов под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта.

Цель и методика расчёта

Цель расчёта – оценить сопротивление сдвигу низового откоса насыпи и

по величине этого сопротивления назначить оптимальную крутизну откосов

и размеры бермы.

Расчет ведется графоаналитическим методом в предположении круглоцилиндрической поверхности возможного смещения с использованием формулы К. Терцаги и с учётом подтопления насыпи.

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru (1.12)

где Кст – коэффициент устойчивости при статическом состоянии грунта в теле насыпи; Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru и Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru – соответственно сумма моментов сил, удерживающих откос от смещения и сдвигающих его (моменты сил определяются относительно центра вращения круглого цилиндра); n – суммарное количество отсеков блока смещения; m - количество отсеков блока смещения, в которых действуют удерживающие касательные составляющие силы веса; Ci и fi – соответственно удельное сцепление (кПа) и коэффициент внутреннего трения грунта в основании i-го отсека длиной li; Ni и Ti – нормальная и касательная к основанию i-го отсека составляющие силы его веса, кН; D0 – гидродинамическая сила, возникающая при вытекании воды из насыпи и действующая в центре тяжести водонасыщенной части блока смещения, кН.

Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта Kдин, который должен быть не менее допускаемого значения Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru , регламентируемого требованиями СТН-Ц-01-95 /1/.

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru , (1.13)

где aд - коэффициент динамики, назначаемый по таблице 1.6 /5/ в зависимости от высоты насыпи и вида грунта, при h = 14,27 м, P0= 72,56 кПа, равный 1,07; ηn – коэффициент ответственности сооружения, для линий IV категории, принимаемый равным 1,10; ηf – коэффициент сочетания нагрузок, для обычного сочетания равный 1; ηc - коэффициент условий работы, при использовании упрощенных методов расчета равный 0,95.

Рассчитаем значение нормативного [K]:

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru .

1.4.2 Расчетная схема и исходные характеристики

На расчетной схеме (рисунок 1.5), изображаемой в масштабе 1:200, показывают поперечный контур низовой части насыпи. Для этого наносят поверхность основания с заданным поперечным уклоном местности 1:39, от нее вверх по оси откладывают высоту насыпи 14,27 м и проводят горизонтальную линию, на которой показывают бровки основной площадки на расстоянии от оси, равной 0,5b = 3,35 м для однопутного участка.

На уровне отметок ГВВ = 390,93 м и Гб = 392,99 м проводят горизонтальные линии. От точки F в направлении откоса показывают депрессионную поверхность с уклоном Iо = 0,05 для грунта насыпи.

От бровки Е проводят откос нормативной крутизны 1:2 до пересечения с поверхностью бермы в уровне Гб = 392,99 м поперечный уклон которой на расчетной схеме не учитывается. От точки пересечения С откладывают ширину бермы равную 5 м и от ее бровки проводят откос крутизной 1:2 до пересечения в точке А с поверхностью основания.

На основной площадке по оси каждого пути строят фиктивный столбик грунта, эквивалентный поездной нагрузке P0 и весу верхнего строения пути Pвс, шириной b0, высота которого определяется по формуле

ZФ = Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru , (1.14)

ZФ = Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru

Находится центр возможной кривой смещения. Для этого соединяют подошву откоса бермы (точка А) с одной из точек основной площадки насыпи и из середины полученной прямой восстанавливают перпендикуляр, являющийся линией центров кривых смещения. Затем от верха фиктивного столбика проводится вспомогательная прямая под углом 36̊ к горизонту, точка пересечения которой с перпендикуляром О является центром возможной кривой смещения. Из этого центра проводят дугу AL радиусом R.

Полученный блок смещения ABCDELG разбивают на отсеки, границы которых должны проходить через точки перелома поперечного контура насыпи, точки пересечения кривой смещения с депрессионной поверхностью и поверхностью основания, а также по вертикальному радиусу. В случае, если ширина какого-либо отсека окажется более 5 м, он разбивается на два отсека.

Определение расчетных характеристик грунтов. Обозначим в блоке смещения три слоя:

- I слой – грунт, который не подвержен водонасыщению (выше кривой депрессии);

- II слой – грунт, который подвержен водонасыщению (ниже кривой депрессии);

- III слой – грунт основания насыпи.

В верхнем слое I характеристики грунта насыпи принимают по результатам расчета требуемой плотности:

γIср = 18,248 кН/м3

eI = eср=0,678

fI = 1,15*tgjприд (1.15)

сI = 1,15cпр (1.16)

где jпр, спр – угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта природного сложения /1/.

fI = 1,15*tg24̊ = 0,512

сI = 1,15*14 = 16,1 кПа

В среднем слое II характеристики грунта определяем с учетом взвешивающего действия воды:

gII= Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru (1.17)

fII = 0,75fI (1.18)

cII=0,5cI, (1.19)

где rs – плотность частиц грунта насыпи; rw – плотность воды (rw = 1).

gII = Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru =9,88 кН/м3

f II=0,75*0,512=0,384

cII =0,5*16,10=8,05 кПа

В нижнем III слое грунта основания расчетные значения определяются с учетом его насыщения водой

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru (1.20)

f III = 0,75*1,15tgjосн (1.21)

сШ = 0,5*1,15сосн, (1.22)

где rsосн, jосн и сосн –характеристики грунта основания природного сложения /1/; еШ – коэффициент пористости грунта основания, принимается по ветви нагрузки компрессионной кривой при напряжении от веса бермы:

sg = hб*g I, (1.23)

sg =6,4*18,248 = 116,787 кПа

еШ=0,749

Расчётная схема и действующие нагрузки. - student2.ru = 9,591 кН/м3

fIII = 1,15*0,75tg14 = 0,215

сШ = 1,15*0,5*2=1,15 кПа

Наши рекомендации