Пути сообщения

Задание по дисциплине пути сообщения

Задание 1. Оценка местной устойчивости откоса эксплуатируемой
насыпи из глинистых грунтов

Исходя из опыта сооружения и эксплуатации железнодорожного
земляного полотна, утвержденным сводом правил «Проектирование
земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» (СП32-104-98)
существенно ограничено использование глинистых грунтов с влажностью
предела текучести WL > 0,40 (табл. 4.1, стр. 3). Отсутствие таких ограничений в
ранее действовавших нормативных документах привело к тому, что на сети
дорог, в т.ч. на отдельных магистральных линиях, находятся в эксплуатации
насыпи, сооруженные из тяжелых суглинков и глин, потенциально опасные в
части возможности образования сплывов откосов при экстремально
неблагоприятном сочетании погодных условий (прохождения ливневых
осадков после засушливого периода, бурном снеготаянии весной и других).
Традиционные способы оценки устойчивости откосов по показателям
состояния глинистых грунтов (естественной плотности, влажности и
прочности, установленных в произвольных момент проведения инженерно-
геологического обследования) не отражают возможностей их изменения в
экстремальных ситуациях. Более перспективным для этой цели является
использование показателей водно-физических свойств глинистых грунтов,
позволяющих определить значения плотности, влажности и прочности при
возможности полной реализации их способности к усадке и набуханию в
зависимости от глубины залегания.

Настоящим заданием предусматривается прогнозная оценка местной
устойчивости откоса эксплуатируемой насыпи из глинистых грунтов в
зависимости от их влажности на пределе текучести WL и геометрических

характеристик насыпи при заданных кривизне, а также точках входа и
выхода кривой смещения (рис. 1.1).

При этом принимаются следующие допущения:

• - интенсивному выветриванию под влиянием климатических
  факторов подвергаются грунты откоса насыпи, грунты под основной
  площадкой, перекрытые слоем накопленных балластных
  материалов, изменяют свойства в меньшей степени;
• - вследствие указанного выше наиболее вероятным и чаще
  наблюдаемым в практике является нарушение местной
  устойчивости откосов с образованием срыва у концов шпал, что
  предусмотрено расчетной схемой рис. 1.1.
• - глинистые грунты насыпи с влажностью предела текучести W_L > 0,40
  относятся к полиминеральным разновидностям и подчиняются
  установленным зависимостям показателей состояния от бытового
  давления (глубины залегания) рассматриваемого грунта.

У

Рис. 1. Схема 1 к расчету устойчивости насыпи

Последнее позволяет заменить аналитический расчет прочности грунта

по методическим указаниям [1] их определением по графику рис 1.2.

Проверочный расчет местной устойчивости откоса эксплуатируемой
насыпи с использованием исходных данных табл. 1 по каждому варианту
выполняется аналитическим способом в следующем порядке с определением:

• - длины хорды AB по формуле:

2 d = (HH - hM )2+(nH + x) (1.1)

• - значения t

t=Kt∙H

• - радиуса кривой скольжения R

22

R = ^d---_L(1.2)

2t

• - угла наклона хорды α

a = arcsin ^H——(1.3)

2d

• - половины центрального угла кривой скольжения

d

^ = arcsin—(1.4)

• - координаты центра кривой скольжения

xR = nH+R∙sin(α-μ)(1.5)

yR=R∙cos(α-μ)(1.6)

• - ширины отсеков в откосной части насыпи

nH

b = —,
N

(1.7)

где N – число отсеков выбирается по условиям N≥4 и b≤6 м.

Ширина первого отсека b1=x1=2,2 м принимается для всех вариантов
постоянной по условию ширины основной площадки земляного полотна
B=7,0 м и длины шпалы lш=2,7 м.

Далее расчет производится в табличной форме применительно к
учебным схемам [2,3,4] с определением для каждого отсека.

• - координаты левой грани

xin=x(i–1)л+bi

• - ординаты середины отсека

_ Xiл + X(i i-1) л
xi^cp = 2

• - угла βi (см. рис. 1.1)

о . XR - Xicp

в = arcsin-------

i_R

(1.8)

(1.9)

(1.10)

• - отметка поверхности середины отсека

y = h — ^{x x}^ (1.11)

iг n

• - отметка кривой скольжения в середине отсека

yiк=yR–Rcosβi (1.12)

• - высота отсека

h=yin–yiк (1.13)

• - вес отсека

gi=2bihi (1.14)

• ( для всех вариантов принимает объемный вес грунта ρ=2 т/м³)

По графику рис.2 для каждого отсека в зависимости от влажности

предела текучести W_L и высоты отсека h_i определяется значение сцепления в
т/м².

В связи с малым диапазоном изменения угла внутреннего трения φ в
зависимости от давления (высоты отсека hi) для всех отсеков принимает
одинаковое значение φ по графику рис. 1.2 с соответствующей

интерполяцией для заданного значения W_L
f=tg(φ-2) (1.15)

Далее для каждого отсека определяются:

• - удерживающая сила по сцеплению

T удс = -ib^- (1.16)

cos в

• - удерживающая сила по углу внутреннего трения

Tудφ=fgicosβi

- сдвигающая сила

Tсд=gisinβi

(1.17)

(1.18)

Коэффициент местной устойчивости откоса определяется по формуле:

Km

Е т удс⁺Е т

V I ^Pw ^h

Е T сд + у

уду

2

max

(1.19)

где ρW = 1 т/м³ – объемный вес воды,

h_max – максимальная высота отсека из числа определенных.

При Кm≥1,1 и отсутствии признаков деформирования устойчивость
откоса считается обеспеченной, при Кm<1,1 имеется потенциальная
опасность деформирования откоса, необходимо обследование насыпи и
назначение, при необходимости мероприятий по ее усилению.

Km

_ Е Tудс + Е Tуд? _ 21,69 + 21,12

Рв h max

^Е T сд + ^

²

35,91 + ^2,92

2

= 1,066 < 1,1

Насыпь относится к потенциально опасным, требует обследования и, в
зависимости от его результатов, назначения мероприятий по усилению.

Продолжение таблицы 1

Вариант выбирается по последним трём цифрам шифра следующим образом.

Например последние три цифры 502. Исходные данные отмечены в таблице
красным цветом. Из 1-й строки выбираем столбец 5, из 2-й - столбец 0, из 3-
й - столбец 2. И так далее из 4-й строки столбец 5, из 5-й - столбец 0.