 |
Аналитический метод расчета устойчивости насыпей автомобильных дорог
|
|
|
|
В ходе исследования был произведен аналитический расчет устойчивости откоса насыпи согласно ВСН 04-71 «Указания к расчету устойчивости земляных откосов» [1].
В качестве исследуемой модели была выбрана насыпь под автомобильные дороги IV категории. Материал насыпи – мелкий песок с удельным весом 18,4кН/м3. Сбор нагрузок был произведен согласно ГОСТ Р 52748-2007. В качестве временной подвижной нагрузки при расчете устойчивости насыпей принимают нормативную нагрузку НК [20]. Нормативная нагрузка от автотранспортных средств на автомобильных дорогах общего пользования представлена на Рис. 3.1.
Рис. 3.1 Схема нормативной нагрузки для расчета насыпи
d – база нормативной нагрузки НК, с – ширина колеи нагрузки
Для дальнейшего расчета нагрузка НК приводится к эквивалентному слою грунта земляного полотна, согласно формуле:
(5)
Где К – нормативная нагрузка НК, класс нагрузки К для земляного полотна автомобильных дорог всех категорий принимается равным 8,3кН;
d – база нормативной нагрузки НК, согласно рис. 17, d =3,6 м;
с – колея нормативной нагрузки НК, согласно рис. 17, с = 2,7м;
γ гр – удельный вес грунта насыпи, γ гр = 18,4 кг/м3;
(1+ µ) – динамический коэффициент, для нагрузки НК (1+ µ) = 1,0.
Вычисляем значение эквивалентного слоя грунта:
(6)
Рис.3.2 Схема к расчету устойчивости откоса насыпи
Метод расчета по круглоцилиндрическим поверхностям скольжения заключается в графическом построении прямых ОА и ОВ (Рис.3.2) при помощи вспомогательных углов θ 1 и θ 2. Положение центра наиболее опасной кривой определяется последовательным расчетом для нескольких точек на прямой ОD, откладываемых с шагом, равным 0,25 h н, от точки О.
|
|
|
Оползающий массив делят вертикальными сечениями на n блоков. Ширину призмы l i принимаем кратной заложению откоса и равной (0,25...0,3) h н. Размер блока в продольном направлении насыпи a =1,0 м.
Оценка устойчивости откосной части насыпи против сдвига сводится к проверке условия:
(7)
где К ф – фактический коэффициент устойчивости, характеризующий отношение моментов суммарной силы, удерживающей оползающую часть массива М уд и сдвигающей силы М сдв:
(8)
где P i=γi h i l i a – вес грунтового блока, кН;
f = tg φ I – тангенс угла внутреннего трения грунта насыпи по первой группе предельных состояний;
α1 – угол наклона поверхности скольжения к горизонтали в пределах выделенного блока, град.;
с I – удельное сцепление грунта насыпи по первой группе предельных состояний, кПа;
R – радиус образующей поверхности скольжения, м;
х i, y i – абсцисса и ордината проекции центра тяжести грунтового блока на поверхность скольжения, м;
L = πRβ /180 – длина образующей поверхности скольжения, м;
β – угол раскрытия дуги, ограничивающей оползающий массив.
Требуемый коэффициент устойчивости К тр определяется по следующей формуле:
(9)
где К н – коэффициент надежности по назначению сооружения[];
γ n – коэффициент сочетания нагрузок (γ n =0,9);
γ fi – коэффициент перегрузки (γ fi = 1,2);
γ c – коэффициент условий работы (γ c =0,85).
В случае исходной насыпи получили следующее равенство:
(10)
Геометрическая схема неармированной насыпи представлена на Рис. 3.3.
Рис. 3.3 Геометрическая схема песчаной насыпи
Для уменьшения пологости откосов была подобрана равнопрочная насыпь, материалом которой является фиброармированный грунт, представляющий собой композитный материал, состоящий из мелкого песка, смешанного с дискретными полипропиленовыми волокнами длиной 12 мм. Содержание волокон составляет 0,5% от массы массива грунта. Форма очертания насыпи была определена методом перебора геометрических параметров [9].
|
|
|
Прочностные характеристики фиброармированного грунта были взяты из результатов проведенных ранее лабораторных испытаний: удельное сцепление 
, угол внутреннего трения 
.
Полученная в результате расчета геометричесчкая схема фибропесчаной насыпи представлена на Рис. 3.4.
б) 
Рис.3.43 Геометрическая схема фиброармированной насыпи
По Рис. 3.3 и Рис. 3.4 видно, что фиброармиование оказывается довольно эффективным, поскольку такая технология позволяет уменьшить ширину основания насыпи и,как следствие, сократить расход материалов, необходимых для возведения земляного сооружения.
Подобное явление объясняется тем, что внедрение полипропиленовых волокон в грунт меняет его сдвиговые характеристики: удельное сцепление и угол внутреннего трения [9]. Это приводит к улучшению механических свойств материала насыпи. Таким образом, фиброармирование грунта позволяет уменьшить ширину основания насыпи на 29,25 м и снизить расход песка практически в два раза, сохраняя при этом устойчивость насыпи. Такой метод позволит целесообразно использовать территории при устройстве насыпей, сохраняя устойчивость их откосов.
|
|
|
