Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна при повышенной вибродинамической нагрузке в упругопластической стадии работы грунтов

• Автор: Стоянович, Геннадий Михайлович
• Шифр специальности: 05.22.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Хабаровск
• Количество страниц: 360 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭКСПЛУАТИРЕУМОГО

ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА

1.1. Анализ состояния земляного полотна на сети железных дорог России и Дальневосточного региона
1.2. Анализ нормативных методов определения прочности и деформативности железнодорожного земляного полотна

1.3. Вибродинамическое воздействие поездов на железнодорожное земляное полотно .

1.3.1. Колебательный процесс грунтов.

1.3.2. Напряженное состояние тела земляного полотна.

1.3.3. Изменение прочностных свойств грунтов и их учет в расчетах прочности и устойчивости полотна.

1.4. Модели теории предельного равновесия и упругопластической грунтовой среды.

1.5. Формулировки проблемы, задачи и содержание исследования.
РАЗДЕЛ 2. НАТУРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
КОЛЕБАНИЙ В ЗЕМЛЯНОМ ПОЛОТНЕ.
2.1. Определение основных параметров для регистрации, выбор и характеристика участков проведения экспериментов.
2.2. Методика проведения исследований, применяемая аппаратура и обработка результатов эксперимента
2.3. Распространение волн вибросмещений частиц грунта летом при про
ходе подвижных единиц с обычной и повышенной нагрузкой
2.3.1. Исследование характера колебаний грунтов насыпей и выемок
2.3.2. Распространение колебаний в фунтах земляного полотна.
2.3.3. Зависимость вибросмещений частиц фунта от скорости движения, осевой и погонной нагрузки подвижных единиц, состояния элементов верхнего строения пути
2.4. Влияние геотекстиля на величину вибросмещений частиц грунта основной площадки.
2.5. Распространение волн вибросмещений частиц грунта весной при оттаивании сезонномерзых фунтов в условиях глубокого промерзания насыпей.
2.5.1. Оценка изменения жесткости пути и земляного полотна при оттаивании сезонномерзлых грунтов.
2.5.2. Изменение амплитуд вибрссмещений на основной площадке насыпи в зависимости от модуля упругости подрельсового основания
2.5.3. Изменение амплитуд вибросмещений на откосе и на берме .
2.5.4. Затухание волн вибросмещений по глубине
2.5.5. Определение результирующих амплитуд вибросмещений частиц грунта в теле и основании насыпи.
2.6. Выводы по разделу 2.
РАЗДЕЛ 3. НАТУРНОЕ ИЗУЧЕНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ
БАЛЛАСТА И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОЕЗДОВ
3.1. Методика проведения полевых экспериментов
3.1.1. Основные требования к приборам и аппаратуре, консфукция датчиков для регистрации напряжений
3.1.2. Установка датчиков в балластном слое и земляном полотне
3.1.3. Обработка результатов эксперимента
3.2.Распределение вертикальных и горизонтальных напряжений в балластном слое и земляном полотне в летний период 1
3.2.1. Распределение напряжений в поперечном сечении балластного слоя
и земляного полотна
3.2.2. Распространение напряжений по глубине
3.2.3. Зависимость напряжений от скорости движения, осевой и погонной нагрузки подвижных единиц, состояния элементов верхнего строения пути
3.3. Влияние обводненного слоя на напряженное состояние грунтов выемки.
3.4. Влияние упругой и жесткой прослойки в балласте на распределение напряжений.
3.4.1. Изменение напряжений при укладке геотекстиля.
3.4.2. Изменение модуля упругости и напряжений при создании жесткого слоя
3.5. Изменение динамических напряжений в насыпи в процессе оттаивания грунтов в условиях глубокого промерзания.
3.5.1. Зависимость напряжений на основной площадке от мощности оттаявшего слоя грунта.
3.5.2. Затухание напряжений по глубине в процессе оттаивания грунтов
3.5.3. Зависимость вертикальный и горизонтальных напряжений от скорости движения подвижный единиц.
3.5.4. Изменение напряжений после подбивки стыковых шпал
3.6. Выводы по разделу 3.
РАЗДЕЛ 4. УПРУГОПЛАСТИЧЕСКОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ ТЕЛА И
ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ
СТАТИЧЕСКИХ И ВИБРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗКАХ.
4.1. Уиругопластическое деформирование грунтовой среды, воспринимающей вибродинамическую нагрузку
4.2.Решение поставленной задачи методом конечных элементов
4.3. Напряженнодеформированные состояние основания под воздействием собственного веса.
4.4. Решение динамических задач механики фунтов методом конечных элементов
4.4.1. Вывод дифференциальных уравнений движения фунтовой среды
4.4.2. Учет диссипации энергии. Матрица демпфирования
4.4.3. Методы прямого интефирования
4.4.3.1. Метод линейного ускорения
4.4.3.2. Метод Ньюмарка.
4.4.3.3. Алгоритм метода Ньюмарка.
4.5. Выводы по разделу 4
РАЗДЕЛ 5. НАУЧНОМЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА
НАПРЯЖЕННОДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
5.1. Построение расчетной схемы модели балласт земляное полотно основание.
5.2. Критерии оценки прочности и деформативности земляного полотна
5.3. Определение деформативности земляного полотна
5.4. Определение несущей способности земляного полотна
5.5. Влияние упругой и жесткой прослойки в балласте на напряженное состояние фунтов основной площадки.
5.5.1. Определение рациональной глубины укладки упругой прослойки
5.5.1.1. Исходные данные для расчета
5.5.1.2. Изменение напряженного состояния фунтов при укладки упругой прослойки на различную глубину без учета сил трения
5.5.1.3. Распределение напряжений в балласте и в верхней части земляного полотна с учетом сил трения.
5.5.2. Изменение напряженного состояния грунтов при укладке жесткой прослойки
5.5.2.1. Характеристика способов получения закрепленного слоя грунта. Зависимость прочности закрепленного слоя фунта от количества вяжущего.
5.5.2.2. Определение рациональной глубины укладки жесткой прослойки
5.5.2.3. Изменение напряжений на основной площадке при различной величине жесткости прослойки
5.5.2.4. Влияние мощности жесткой прослойки на перераспределение напряжений.
5.6. Влияние жесткой прослойки в балластном слое и в верхней части земляного полотна на модуль упругости подрельсового основания
6. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Успехи механики фунтов и фундаментостроения в последние десятилетия позволяют решать вопросы прочности и деформативности земляного полотна в нелинейной постановке. Учет в расчетах реальных условий деформирования тела и основания земляного полотна путем применения нелинейных методов создает возможность правильно оценить безопасную нафузку, общие и остаточные деформации основной площадки и основания, влияния дополнительных технических решений на снижение и перераспределение полных и динамических напряжений в фунтах земляного полотна, приблизить теоретические решения к экспериментальным данным. Использование метода конечных элементов в решении задач геомеханики позволяет учитывать характерные особенности фунтов неоднородность, слоистость в любом направлении, анизотропность, нелинейность связи между напряжениями и деформациями, дилатантность фунта, влияние внутреннего фения и парамефа НадаиЛоде на деформируемость основания. Вибродинамическое воздействие поездов на железнодорожное земляное полотно. Колебательный процесс фунтов. Необходимость изучения влияния вибрационных и силовых нагрузок на устойчивость земляного полотна возникла в связи с резким увеличением количества деформирующихся мест в конце прошлого века. Анализируя причины образования различного рода деформаций, нарушающих устойчивость пути, инженер И. Р.Стецевич 2 пришел к заключению, что существующая толщина балластного слоя не соответствует действительным напряжениям, возникающим в земляном полотне. Первые натурные исследования упругих деформаций участков насыпи от воздействия подвижного состава выполнены А. Н.Васютинским 3. По его мнению, упругие деформации, фиксирующиеся на глубине 7,4 м, объясняются дополнительными динамическими усилиями, которые появляются при движении поездов и увеличивают действующую на путь нагрузку. Обобщая теорию и практику изучения динамического воздействия поездов на земляное полотно, С. К.Волобуев пришел к справедливому, убедительно доказанному дальнейшими исследованиями, выводу о том, что главнейшими причинами возникновения недопустимых деформаций земляного полотна являются переувлажнение его избыточным количеством воды и колебания грунтов полотна под воздействием проходящих поездов 4. Эти работы русских ученых наглядно показали необходимость серьезного научного изучения распространения колебаний в грунтах земляных сооружений, влияния вибродинамических нагрузок на изменение свойств грунтов и их учет при расчетах прочности и устойчивости земляного полотна. Дальнейшие исследования поведения грунта при проходе поездов были направлены на изучение основных характеристик колебательного процесса и распространение колебаний в теле земляного полотна и за его пределами. Известно 5,6, колебания гармонического типа определяются следующими основными характеристиками амплитудой А , частотой 1, скоростью V, ускорением I, мощностью У, энергией Е, резкостью у и интенсивностью И. Нм . Первые экспериментальные исследования колебаний фунтов земляного полотка были выполнены Д. Д.Барканом . Ь глубина см, на которой требуется определить амплитуду. По своему характеру эти колебания не являются гармоническими и носят неустановившийся во времени характер. За период колебания фунта, судя по приведенному фрагменту записи, было принято время, соответствующее максимальному отклонению линии виброфафа от нулевого положения, возникающему, как правило, в момент прохода осей подвижного состава. Изменение периода колебания при малых скоростях движения паровоза в интервале кмч происходит незначительно. Поэтому средний интервал колебания по результатам расшифровки записей получен практически постоянным и равным 0,8, т. Гц2 Гц. Д.Д. Баркан считает, что полученная частота представляет собой собственную частоту колебаний паровоза и поэтому она не зависит от его скорости, а определяется лишь давлением паровоза на единицу площади железнодорожного строения и упругими свойствами последнего. Максимальная амплитуда колебания 0 мкм была зарегистрирована у стыка рельсов на расстоянии см от оси рельса.