Delist.ru

Совершенствование методов оценки устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в горных условиях (18.05.2009)

Автор: Магомедэминов Нажмудин Сражидинович

Методика графоаналитического построения НВПР состоит в следующем. Через расчетную точку системы «склон + земляное полотно», расположенную вблизи контура откоса, проводится отрезок прямой, образующий с осью ох угол ?, подсчитанный по формуле (2). Длина отрезка зависит от конструкции земляного полотна и масштаба чертежа. Для точки, лежащей на другом конце отрезка, снова вычисляем угол ? и под этим углом через середину этого отрезка проводим новый отрезок. Продолжая построение, получим ломаную линию, которую заменяем плавной кривой так, чтобы отрезки ломаной были касательными к этой кривой линии. Очевидно, что в каждой точке рассматриваемой поверхности коэффициент устойчивости К, вычисленный по формуле (1), минимален. Следовательно, он минимален и по всей поверхности и величина К определяется как отношение сумм слагаемых числителя и знаменателя выражения (1). Построив указанным способом из различных точек несколько НВПР, определим искомую поверхность разрушения и наименьшее значение коэффициента устойчивости рассматриваемой системы «склон + земляное полотно».

Указанным выше способом построены траектории линий скольжения с Куст=const в исследуемой области для шести следующих случаев: делювиальный слой без коренного массива (насыпь на склоне, выемка на склоне, полунасыпь - полувыемка на склоне), делювиальный слой на коренном массиве (насыпь на склоне, выемка на склоне, полунасыпь - полувыемка на склоне).

На рис. 4, 5 и 6 приведены траектории линий скольжения с Куст = const в исследуемой области для случая - делювиальный слой без коренного массива (насыпь на склоне, выемка на склоне, полунасыпь - полувыемка на склоне).

Анализируя полученные результаты, получим.

1. В случае однородного склона (делювиальный слой без коренного массива) и конструкции земляного полотна в виде насыпи на склоне имеет место локальное (местное) нарушение устойчивости насыпи в нижнем откосе у подножия насыпи. Большая вероятность нарушения устойчивости системы «склон+земляное полотно» наблюдается на поверхности, проходящей примерно с середины земляного полотна через насыпь и склон к основанию нижнего откоса насыпи. От этой поверхности вглубь склона коэффициент устойчивости на поверхностях увеличивается, а в сторону поверхности насыпи сначала также увеличивается, а ближе к поверхности нижнего откоса насыпи снова уменьшается.

Когда выемка расположена на склоне, поверхность нарушения устойчивости, вероятнее всего, проходит в области верхнего откоса склона. Если принимать во внимание действие транспортных нагрузок, то данная поверхность, вероятно, будет проходить в области нижнего откоса склона. От этой поверхности вглубь склона коэффициент устойчивости на поверхностях увеличивается.

Рис. 4. Линии равных значений коэффициентов устойчивости для конструкции земляного полотна насыпи на однородном склоне

Рис. 5. Линии равных значений коэффициентов устойчивости для конструкции земляного полотна выемки, расположенной на однородном склоне

Рис. 6. Линии равных значений коэффициентов устойчивости для конструкции земляного полотна полунасыпи-полувыемки на однородном склоне

Для полунасыпи - полувыемки на склоне качественная картина повторяется, как для выемки на склоне. Однако в данном случае возможно локальное (местное) нарушение устойчивости в области полунасыпи.

Если сравнивать коэффициенты устойчивости для различных конструкций земляного полотна, то минимальные значения имеем в случае насыпи на склоне, а максимальные – в случае выемки на склоне. Минимальное значение коэффициента устойчивости связано с дополнительной нагрузкой от веса насыпи. Так как конструкция земляного полотна в виде выемки на склоне связана с большим объемом земляных работ, и учитывая, что коэффициенты устойчивости в случаях выемки на склоне и полунасыпи - полувыемки на склоне незначительно отличаются, то, на наш взгляд, наиболее эффективно применение конструкции в виде полунасыпи - полувыемки.

2. При неоднородном склоне (делювиальный слой на коренном массиве) в области делювиального слоя качественная картина повторяется, как для однородного склона, и поверхности, примыкающие к коренному массиву, проходят по границе делювиального слоя с коренным массивом. Кроме того, значения коэффициента устойчивости больше, чем в случае однородного склона. Это связано с тем, что физико-механические характеристики делювиального слоя и коренного массива отличаются. Таким образом, неоднородный склон более устойчив, чем однородный.

Следовательно, из рассмотренных нами вышеприведенных вариантов наиболее оптимальным является вариант конструкции земляного полотна в виде полунасыпи - полувыемки на неоднородном склоне (делювиальный слой на коренном массиве).

В заключение отметим, что сравнение полученных результатов с натурными наблюдениями на участке федеральной автомобильной дороги М-29 «Кавказ» в Республике Дагестан, а также с результатами известных аналитических решений показало хорошую их сходимость (рис. 7).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Усовершенствована методика оценки устойчивости конструкции земляного полотна автомобильных дорог на природном склоне с учетом его сложного инженерно-геологического строения на основе предварительного анализа напряженного состояния и построения возможных траекторий разрушения.

2. Обоснована математико-механическая модель расчета устойчивости природно-техногенной системы «склон + земляное полотно».

3. Построены изолинии составляющих напряжений для двух наиболее характерных случаев природного склона при трех возможных вариантов конструкции земляного полотна: насыпь на склоне, выемка на склоне, полунасыпь-полувыемка на склоне.

4. Определены условия определения возможных траекторий нарушения устойчивости системы «склон + земляное полотно». Построены и выявлены особенности траекторий линий скольжения, обладающих единым коэффициентом запаса устойчивости.

5. Степень устойчивости земляного полотна на природном склоне предложено характеризовать минимальным значением коэффициента запаса устойчивости по одной из найденных траекторий возможного нарушения устойчивости.

Рис. 7. Поперечный разрез конструкции земляного полотна на ПК 4+65 федеральной автомобильной дороги 3-й технической категории М-29 «Кавказ» участок на обходе г. Махачкалы по юго-западному склону горы Тарки-Тау на 810-817км. Наиболее вероятная поверхность нарушения устойчивости дорожной насыпи (Куст=1,29) наилучшим образом совпадает с реальной плоскостью скольжения:

1а – суглинок сильно гумусированный, с включениями обломков и гальки осадочных пород и мелкокристаллического гипса (насыпной грунт); 2 – суглинки и глины делювиальные, плотные, с включением обломков осадочных пород (известняков-ракушечников, песчаников, алевролитов) и кристаллического гипса; 3 – глина элювиальная, слоистая, с редкими прослойками выветренных ожелезненных алевролитов и песчаников,загипсованная; 4 – глина коренная, артиллитоподобная, слоистая, с редкими прослойками алевролитов и песчаников (5…20см), загипсованная

6. Установлено, что из трех рассмотренных вариантов конструкции земляного полотна наиболее благоприятной и устойчивой является вариант конструкции «полунасыпь-полувыемка».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Магомедэминов Н.С. Определение напряжений в природном склоне с учетом конструкции земляного полотна автомобильных дорог / Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет). - М., 2008г.- 7с. Библ.- 2 назв. Рус.,- Деп. в ВИНИТИ 12.12.2008г. №941 - В2008.

2. Магомедэминов Н.С. Оценка устойчивости склона с учетом конструкции земляного полотна автомобильных дорог // Транспортное строительство. – М.: 2009. – №1. – С. 18-20.

3. Магомедэминов Н.С. Оценка устойчивости конструкции земляного полотна автомобильных дорог с учетом напряженного состояния природного склона / Наука и техника в дорожной отрасли. – М. 2009.–№1 с. 25-27.

4. Магомедэминов Н.С. Совершенствование методов оценки устойчивости земляного полотна автомобильных дорог в горных условиях / Труды первого всероссийского дорожного конгресса. – М., МАДИ (ГТУ), 2009. с. 192-199.

загрузка...