Принципы обеспечения стабилизации земляного полотна в южной зоне вечной мерзлоты

• Автор: Жданова, Светлана Мирзахановна
• Шифр специальности: 05.22.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 458 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
1. КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТАБИЛЬНОСТИ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ГТС ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО ОСНОВАНИЕ В ЮЖНОЙ ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
1.1. История мерзлотных исследований, проектирования и строительства земляного полотна в условиях южной зоны вечной мерзлоты
1.2. Динамика развития деформаций и расход средств иа ремонт земляного полотна и водоотводных сооружений в условиях вечной мерзлоты в Дальневосточном регионе и Забайкалье.
1.3. Анализ основных проблем, связанных с эксплуатацией железных дорог в районах южной зоны вечной мерзлоты в современных условиях

1.3.1.Основные виды и характер деформаций земляного полотна,

расположенного в южной зоне вечной мерзлоты.

1.3.2.0ценка современной нормативнотехнической базы по выбору и обоснованию проектных решений при стабилизации земляного полотна в

районах вечной мерзлоты.

1.3.3.0ценка современных способов и средств диагностики состояния грунтов и методов прогноза изменения мерзлотногрунтовых условий

геотехнической системы земляное полотнооснование.

1.3.4.Эффективность реализованных противодеформационных мероприятий в различные годы эксплуатации земляного полотна в южной зоне вечной мерзлоты.
1.4. Комплексные проблемы эксплуатации геотехнической системы
земляное полотпооснование в условиях вечной мерзлоты
Выводы по главе 1
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИЧИН ВОЗНИКНОВЕНИЯ, РАЗВИТИЯ И ЗАТУХАНИЯ ПРОЦЕССОВ И ЯВЛЕНИЙ, ВЛИЯЮЩИХ
НА СТАБИЛЬНОСТЬ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО ОСНОВАНИЕ В ЮЖНОЙ ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
2.1. Постановка проблемы. Основные сведения о системотехнике проектирования. Функциональносистемный подход как методологический принцип проектирования земляного полотна в южной зоне вечной мерзлоты. .
2.2. Направления и авторские методики исследований устойчивости земляного полотна в условиях вечной мерзлоты и криогенных деформаций.
2.2.1. Характеристика экспериментальных объектов, особенности мерзлотногрунтовых и инженерногеологических условий.
2.2.2.Методика режимных наблюдений на экспериментальных объектах и обработка результатов многолетнего мониторинга. Выбор объектов аналогов.
2.2.3.Результаты исследования влияния различных факторов на
деформативность земляного полотна.
2.2.4.0садки земляного полотна.Механизм образования таликовой зоны
2.3. Комплексный анализ причин деформирования ГТС с использованием результатов многолетнего мониторинга.
2.3.1 .Грунты марей и температурный режим насыпей на мари
2.3.2.Результаты исследования влияния противодеформационных мероприятий на установление термодинамического равновесия в ГТС
2.3.3.Расчетнотеоретическое обоснование результатов натурных исследований.
2.4. Разработка методики прогноза деформаций насыпей
Заключение и выводы по главе 2
3. РАСЧЕТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА СУЩЕСТВУЮЩИХ ЛИНИЙ, СТРОИТЕЛЬСТВА НОВЫХ ЛИНИЙ И ВТОРЫХ ПУТЕЙ В ЮЖНОЙ ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
3.1. Анализ проектных решений земляного полотна в условиях южной зоны вечной мерзлоты
3.1.1 .Индивидуальные проектные решения БАМ, АЯМ
3.1.2.Проектные решения земляного полотна БАМ, АЯМ, ЗАБЖД
3.1.3.Научное обоснование результатов проверки некоторых противодеформационных конструкций на экспериментальных объектах восточного участка БАМ
3.2. Разработка основных принципов проектирования земляного полотна при его реконструкции и усилении в современных условиях эксплуатации
3.2.1.Разработка различных конструктивнотехнологических решений для усиления и реконструкции земляного полотна в условиях южной зоны вечной мерзлоты.
3.2.2.Расчеты температурного режима тела и оснований насыпей для различных конструктивнотехнологических мероприятий.
3.3.2.1 .Постановка задачи исследований.
3.2.2.2.Расчетная оценка влияния элементов поверхности на температурный режим грунтов основания.
3.2.2.3.Влияние различных конструктивнотехнологических мероприятий на температурный режим оснований
3.2.2.4.Влияние присыпки второго пути на температурный режим первого пути
. Проблемы, связанные с принятием проектнотехнологических решений земляного полотна в условиях повышения осевых и погонных нагрузок
3.3.1.Решение задач линейной теории упругости деформируемосги
3.3.2.Методика количественной оценки надежности работы ТС на опаивающих вечномерзлых грунтах в условиях строительства и движения поездов и возрастания вибродинамической нагрузки с помощью расчетов напряженнодеформированного состояния системы НДС
3.3.3.Результаты решения на момент окончания строительства и начала эксплуатации
3.3.4.Результаты решения на момент окончания строительства и начала эксплуатации на действие ти циклов поездной нагрузки.
3.3.5.Результаты решения на условие эксплуатации 1й цикл промерз
3.3.6.Результаты решения на условие эксплуатации 1й цикл оттаив.
3.3.7.Результаты решения на условие эксплуатации 2й цикл промерз
3.4. Выводы по главе 3
4. НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ПРОГРЕССИВНЫХ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО СТАБИЛИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ЕГО ДИАГНОСТИКЕ
4.1. Разработка новых многовариантпмх и многофункциональных технологий стабилизации земляного полотна проектируемых дорог в районах высокотемпературной вечной мерзлоты.
4.1.1.Дополнение информационной базы новыми ресурсосберегающими конструкциями и технологиями по стабилизации земляного полотна в сложных мерзлотногрунтовых и инженерногеологических условиях
4.1.2.Научное обоснование разработанных мероприятий по обеспечению стабильности земляного полотна в условиях криогенных деформаций
укрепляющими композициями на основе минерального сырья.
4.1.3 .Предложения по применению разработанных и внедренных ресурсосберегающих многофункциональных технологий
4.2. Совершенствование принципа диагностики состояния грунтов земляного полотна
5. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВЫБОРА ЭФФЕКТИВНЫХ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ СИСТЕМНОКОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА НА УРОВНЕ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ В ЮЖНОЙ ЗОНЕ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ НА ВСЕХ ЭТАПАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
5.1. Ранжирование типизация деформаций по степени их опасности на стадии ТЭО и в условиях эксплуатации
5.1.1.Обоснование типизации деформаций для принятия проектных решений
в условиях эксплуатации
5.1.2.Особенности и методика принятия проектных решений на стадии ТЭО
5.1.2.1.Определение техникоэкономических показателей насыпей,
отсыпаемых традиционным способом из обыкновенных грунтов
5.1.2.2,Определение техникоэкономических показателей насыпей с применением различных способов и средств по упрочнению оснований
5.1.3.Установление рациональных пределов искусственного удлинения трассы в южной зоне вечномерзлых грунтов в сравнении с реализацией
противодеформационных мероприятий
5.1.3 Л .Определение техникоэкономических показателей трассы, проектируемой с обходом термопросадочных участков. Установление рациональных пределов искусственного удлинения трассы
5.2. Разработка программы автоматизированного выбора проектных решений Алгоритм использования основных положений функциональносистемного подхода при проектировании усиления реконструкции и строительстве земляного полотна новых линий в
южной зоне вечной мерзлоты
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Источники, принятые к рассмотрению
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
На современном этапе развития Забайкалья и Дальнего Востока совокупность геополитических и экономических причин определяет необходимость дальнейшего совершенствования транспортной системы региона. Возможность формирования международных транспортных коридоров, доступ к уникальным природным ресурсам северных регионов все это обусловливает повышенное внимание ведущих научных центров и отдельных ученых к вопросам проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна, преимущественно, в условиях вечной мерзлоты.
При этом некоторые вопросы, связанные с обеспечением стабилизации земляного полотна при его усилении реконструкции, а также строительстве новых линий и дополнительных главных путей, в том числе в связи с перспективой увеличения осевых и погонных нагрузок, а также обращением поездов увеличенной массы в северных регионах, остаются пока до конца не исследованными. Эти вопросы влияют на сбалансированное развитие транспортной сети региона.
Актуальность


Рабочая документация на участке км 0 км была выпущена до утверждения проекта. Поэтому конструктивные решения земляного полотна на участках с сильнольдистыми вечномерзлыми грунтами, принятые по аналогии с восточным участком БайкалоАмурской магистрали, далеко не везде оказались правильными. По данным обследования земляного полотна ДВГУПС в г. Бсркакит Чульман, деформациям подвержено около ,6 земляного полотна по главному пути. Основные вида деформаций осадки. Осадки, связанные с деградацией вечномерзлых грунтов, составляют до земляного полотна главного пути. В основном это осадки на переувлажненных основаниях маревых участков. На некоторых участках осадки происходят изза вы вегривания и разложения грунтов тела насыпей из песчаных и глинистых сланцев. Пучины и выплески распространены в выемках. Инженерногеологическим обследованием установлено, что осадки в этом случае связаны с выдавливанием текучепластичных и мягкопластичных фунтов основания под вибродинамическими нафузками. НИЛ Основания и фундаменты, на участках движения с ограничением скоростями пластические деформации развиваются более интенсивно . Особенно интенсивно деформируются насыпи на участках отвода русел, пересыпанных стариц. Осадки на маревых участках связаны с дсрадацией вечной мерзлоты. Величина и интенсивность таких осадок в данном случае не зависят от положения земляного полотна в плане на прямых или в кривых. Эта разница может возникнуть при увеличении скоростей движения поездов и грузонапряженности. При этом в кривых малого радиуса будет ограничена скорость движения поездов, что может негативно влиять на стабильность основания и на боковой износ рельсов. Железнодорожный путь недавно сдан в постоянную эксплуатацию. Осадки ликвидируются посредством ежегодной досыпки щебня и выправки пути. На деформирующихся участках действуют постоянные ограничения скорости движения поездов. Это в какойто мере допустимо, пока движение незначительно, грузонапряженность небольшая. С ростом грузонапряженности магистрали неизбежно потребуются более радикальные противодеформационные мероприятия, поскольку подъемка и выправка пути являются пассивными мерами, не устраняющими причины деформации, поэтому могут рассматриваться только как вынужденное, временное мероприятие. Таким образом, при анализе эксплуатационных данных ЗАБЖД и ДВЖД установлено, что протяженность земляного полотна, подверженного деформациям, а также неисправных водоотводных сооружений превышает срсднесстсвос в раз. В среднем эта разница составляет по Северному широтному ходу почти в 5 раз, на ЗАБЖД в 2,7 и на АЯМе в 3,4 раза. Конструктивные и теплофизические характеристики земляного полотна как линейного сооружения определяют специфику его работы в районах вечномерзлых грунтов. Комплекс деформаций следует рассматривать отдельно для насыпей и отдельно для выемок ввиду различий в причинах их возникновения. Мерзлота в подрельсовом основании в южной зоне распространения становиться несливающейся. В выемках после их разработки формируется новая кора выветривания. Следует отметить, что на БАМе распространена конструкция насыпь в выемке, что также определяет специфику формирования температурновлажностного режима ГТС. В южной части криолитозоны проявляются следующие основные виды деформаций и дефектов земляного полотна равномерные и неравномерные осадки насыпей пучиннопросадочныс деформации в выемках, на нулевых местах и низких насыпях в том числе наледного характера деформации откосов насыпей, их расползание местные понижения и провальные воронки термокарст на прилегающих к насыпям участках и в основании сплывы и оползания откосов выемок и фунтовых водоотводных сооружений смывы откосов насыпей и выемок, осыпи в выемках заплывание водоотводных канав у насыпи на мари и нагорных канав б выемках и на косогорах наледи в выемках, на косогорах, в логах и водотоках заиливание водоотводов, застои воды в кюветах, расположение в них опор ЛЭП недостаточная ширина насыпей, в том числе на сопряжениях с устоями мостов завышенная крутизна откосов выемок и насыпей.