автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Несущая способность основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамических нагрузок

На правах рукописи

КРЮКОВСКИЙ Дмитрий Валентинович

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА, СЛОЖЕННОГО ТОРФОМ, ПРИ ДЕЙСТВИИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Специальность 05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и

проектирование железных дорог

Автореферат Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005542921

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2013

005542921

Диссертация выполнена на кафедре «Управление и технология строительства» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО ПГУПС).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, доцент КОЛОС Алексей Федорович

доктор технических наук, профессор АШПИЗ Евгений Самуилович заведующий кафедрой «Путь и путевое хозяйство» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет путей сообщения»

кандидат технических наук, доцент ТЕНИРЯДКО Надежда Ивановна Начальник аналитического центра ИССО (искусственных сооружений) ОАО «Российские Железные Дороги»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный университет путей сообщения».

Защита состоится 24 декабря 2013 г. в 15:00 часов на заседании диссертационного совета Д 218.008.03 на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Петербургский государственный университет путей сообщения» по адресу: 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9, ауд. 7-520.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПГУПСа.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу совета университета.

Ученый секретарь

диссертационного совета сз

доктор технических наук, профессор

Петрова Татьяна Михайловна

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Железнодорожное сообщение в нашей стране на сегодняшний день было и остается важнейшей и самой крупной составляющей транспортной системы. В перспективе роль железнодорожного транспорта не изменится, и он будет оставаться основным видом сообщения, обеспечивающим массовые грузовые и пассажирские перевозки.

Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года предусматривает в ближайшем будущем увеличение грузооборота. Возникает острая необходимость повышения провозной и пропускной способности железных дорог. Решать эту проблему необходимо как за счет интенсификации работы существующей железнодорожной сети, так и строительством новых железных дорог. На сегодняшний день активными темпами на отдельных направлениях и участках осуществляется повышение скоростей движения как пассажирских, так и грузовых поездов, планируется увеличение веса поездов за счет увеличения длины составов и повышения осевых нагрузок до 25-27 т/ось.

Реализация планируемых мероприятий неминуемо приведет к значительному увеличению вибродинамического воздействия на железнодорожный путь, включая земляное полотно и его основание. Данный факт негативным образом скажется, в первую очередь, на работе земляного полотна, отсыпанного в районах с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. В частности, это зоны с залеганием слабых торфяных грунтов.

Опыт строительства, эксплуатации и специальные наблюдения за работой земляного полотна, опирающегося на торф, убедительно показали, что с возрастанием скоростей движения, даже при неизменных осевых нагрузках, происходит увеличение «больных» мест, появляются просадки пути на тех участках, где их раньше не было. В отдельных случаях регистрируются значительные деформации пути, требующие закрытия движения. Отмеченные деформации в большинстве случаев являются следствием дефицита несущей способности торфяного основания земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку.

При этом, на сегодняшний день, вопросы, связанные с аналитической оценкой несущей способности земляного полотна, опирающегося на слабые торфяные грунты, воспринимающего значительные вибродинамические нагрузки от проходящего поезда не получили должного рассмотрения. Таким образом, на сегодняшний день существует объективная необходимость в комплексном решении задачи о количественной оценке несущей способности земляного полотна,

опирающегося на торф, с учетом действия вибродинамических нагрузок от проходящих поездов. Цели и задачи исследования.

Целью диссертационной работы является: разработка научно-обоснованного решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов.

Для достижения поставленной цели, в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Выявлены зависимости и характер распространения колебаний в земляном полотне и торфяном основании.

2. Установлены закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия..

3. Разработана методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.

Научная новизна.

1. Впервые получены аналитические зависимости, описывающие распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок. Получены коэффициенты затухания амплитуд колебаний в торфяном основании по глубине и в поперечном оси пути направлении.

2. Впервые установлены и исследованы закономерности снижения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия. Определены коэффициенты относительного снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления, угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана и обоснована возможность использования модели идеально связного грунта для решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии инерционных сил, а также с учетом снижения под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. На основе разработанного теоретического решения предложена методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств торфа под их влиянием.

Теоретическая а практическая значимость работы.

Теоретическую и практическую значимость работы представляют:

1. Аналитическая зависимость для определения амплитуд колебаний в теле и за пределами земляного полотна, опирающегося на торф, полученная на основе проведенных натурных экспериментов.

2. Закономерности снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления и угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.

3. Разработанная методика расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, основанная на модели идеально связного грунта, учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. Рекомендации по обеспечению несущей способности торфяного основания железнодорожной насыпи.

Методология и методы исследований.

Для решения поставленных задач были выполнены натурные, лабораторные и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на железнодорожной линии Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги. Лабораторные исследования выполнены в Петербургском Государственном университете Путей Сообщения на кафедре «Управление и технология строительства». На основе статистической обработки и аппроксимации данных полевых и лабораторных экспериментов выявлены аналитические зависимости для определения амплитуд колебаний в теле земляного полотна и его торфяном основании, а также получены количественные зависимости снижения прочностных характеристик торфа при действии вибродинамических нагрузок.

При разработке предлагаемой методики использовались результаты исследований российских и зарубежных ученых в области механики грунтов и проектирования земляного полотна железных и автомобильных дорог. На основе предложенного теоретического решения выполнено исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, в зависимости от показателя сопротивления торфа сдвигу, величины удельного сцепления и угла внутреннего трения, величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, чувствительности к нему торфа, а также в зависимости от геометрических размеров и конструктивных особенностей железнодорожной насыпи. Положения, выносимые на защиту.

1. Полученные аналитические зависимости распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок.

2. Установленные закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов, в зависимости от величины вибродинамического воздействия и физических свойств торфа.

3. Теоретическое решение задачи предельного равновесия для модели идеально связного грунта применительно к оценке несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом,

4. Методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, основанная на модели идеально связного грунта и учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

Степень достоверности результатов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается сходимостью данных теоретических исследований с результатами натурных экспериментов и с многочисленными инструментальными наблюдениями за работой земляного полотна железных дорог, опирающегося на торфяной грунт, на участках Октябрьской железной дороги.

Апробаиия результатов.

Основные положения и результаты работы были доложены на следующих конференциях:

1. Международная научно-практическая конференция «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». Одесса, 2011 г.

2. 10 научно-техническая конференция с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», посвященная памяти профессора Георгия Михайловича Шахунянца. Москва 2013 г.

3. Международная научно-техническая конференция «Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов», посвященная памяти профессора Александра Васильевича Ливеровского. Санкт-Петербург 2013 г.

Реализация исследований.

Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Ленгипротранспуть» (филиал ОАО «Росжелдорпроект») при разработке проектов реконструкции железнодорожных путей, а также в ПГУПСе при проектировании модернизации участков пути Октябрьской железной дороги. Публгкаиии.

По теме диссертационной работы опубликовано 3 статьи, в том числе 1 статья в изданиях, входящих в перечень, рекомендованный ВАК Минобразования и науки Российской Федерации.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 210 страниц машинописного текста, в том числе 191 страницы основного текста, 66 рисунков, 15 таблиц. Список литературы включает 128 работ российских и зарубежных авторов.

Основное содержание работы

Введение посвящено обоснованию актуальности диссертационной работы, постановке цели и задач, обоснованию научной новизны и практической ценности результатов исследования, изложению основных положений методики исследования.

Первая глава посвящена анализу существующих работ по изучению особенностей прочностных характеристик торфов и их взаимосвязи с физическими свойствами торфа, существующим методам оценки прочности торфяной залежи. Кроме того, проанализированы существующие методы расчета несущей способности «слабых» оснований. Обобщены результаты многолетних исследований колебательного процесса грунтов земляного полотна, на «слабом» основании и выявлены основные особенности влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики «слабых» грунтов.

Существенная часть сети железных дорог России (от J 0% до 40% в различных регионах страны) проходит по заболоченным территориям. Несущая способность насыпей в таких районах будет определяться, в первую очередь, прочностью торфяного основания.

Изучению свойств торфов посвящены работы таких ученых как Амарян JI.C., Винокуров Ф.П., Евгеньев И.Е., Казарновский В.Д., Караулов А. М., Кириллович М.Н., Короткина М.К., Козьмин Д.Д., Коваленко Н.П., Корчумов С.С., Кукушкин В.А., Морарескул H.H., Ордуянц К.С., Питерман М.А., Сорокина Г.В., Стекпянникова Н.И., Тюремнов С.Н., Тетеркин А.Е., Шапошников М.А. и других.

Торф относится к группе «слабых» грунтов. Ему присущи избыточная увлажненность, высокая сжимаемость и низкая несущая способность. Физико-механические свойства торфов колеблются в большом диапазоне и изменяются в процессе строительства и эксплуатации земляных сооружений. Важнейшими классификационными показателями, характеризующими состояние торфа являются степень разложения Ddp, природная влажность W, полная влагоемкость Wn, общее содержание минеральных включений (зольность) Ас.

Оценка физико-механических свойств торфа принципиально возможна с использованием полевых и лабораторных методов.

Исследование прочностных характеристик торфа в полевых условиях чаще всего выполняют методом вращательного среза, разработанным Ю.Г. Трофименковым, Г.К. Бондариком, Г.П. Корчагиным,

5

Л.С. Амаряном и А. Скемптоном-. Сущность этого метода заключается в погружении четырехлопостной крыльчатки в массив грунта и ее повороте для разрушения заданного объема цилиндрической формы с установлением предельного сопротивления сдвигу.

На величину прочности торфяного основания значительное влияние оказывает величина порового давления. Впервые учитывать поровое давление предложил проф. К. Терцаги в теории фильтрационной консолидации. Исследования, выполненные И.В. Прокудиным, по изучению влияния порового давления на прочность и деформативность «слабых» грунтов при действии динамических нагрузок, показывают, что в условиях кратковременности приложения динамических нагрузок величина порового давления в основании насыпей меняется незначительно. Снижение прочности грунта в такой ситуации происходит, главным образом, из-за снижения прочностных характеристик (сопротивление сдвигу, удельное сцепление, угол внутреннего трения) при действии вибродинамической нагрузки.

Таким образом, оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии вибродинамических нагрузок невозможна без оценки чувствительности торфа к действию вибродинамики.

Исследования последних лет свидетельствуют о влиянии вибродинамического воздействия на несущую способность земляного полотна и его основания. Экспериментальные исследования, выполненные Ашпизом Е.С., Аверочкиной М.В., Барканом Д.Д., Виноградовым В.В., Великотным В.П., Гольдштейном М.Н., Жинкиным Г.Н., Ершовым В.А., Колосом А.Ф., Коншиным Г.Г., Костюковым И.И., Лагойским А.И., Прокудиным И.В., Петряевым A.B., Соколовым И.И., Стояновичем Г.М., Шахунянцом Г.М., Яковлевым В.Ф. показывают, что под действием подвижной нагрузки в грунтах возникают полигармонические колебания с широким амплитудно-частотным спектром.

Анализ литературных источников, а также опыт проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожных насыпей, возводимых в районах распространения болот свидетельствует о том, что задача об оценке несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов на сегодняшний день остается нерешенной. Решение данной задачи возможно только при проведении дополнительных полевых, лабораторных и теоретических исследований.

Вторая глава посвящена результатам натурных исследований колебательного процесса грунтов земляного полотна и его торфяного основания. В рамках натурных исследований выявлены основные закономерности распространения колебаний в теле земляного полотна и

б

его торфяном основании, а так же определены фактические значения амплитуд колебаний, как в теле насыпи, так и в торфе.

Исследование основных характеристик колебательного процесса грунтов насыпи и ее основания, сложенного торфом осуществлялось на ПК 470+00 - ПК 480+00 перегона Грузино-Сосново направления Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги. Поперечные профили данного участка представлены насыпями, высота которых колеблется в пределах от 1,0 м до 5,0 м. Мощность торфа под насыпью колеблется в пределах от 0,5 м до 3,5 м.

В качестве регистраторов колебаний грунтов земляного полотна и торфяного основания при движении поездов использовались сей с м о I ф ие м н и к и М'ТББ-2003. Запись осуществлялась в цифровом формате с помощью системы, состоящей из сейсмического регистратора гЕТ-048 и ноутбука.

Анализ выполненных экспериментальных исследований показывает, что наличие в основании насыпей слабого торфяного грунта приводит к резкому и значительному увеличению степени вибродинамического воздействия со стороны подвижного состава на грунты, как земляного полотна, так и торфяного основания. Абсолютные значения амплитуд колебаний для насыпей на торфяном основании в 1,9-2,1 раза больше (рисунок 1) по сравнению с амплитудами колебаний для насыпей на твердом минеральном основании.

< х: "

40 50 60 70 80 90 100 110 120 Скорость движения поезда, км/ч .2 - результирующие колебания в уровне основной площадки при проходе грузовых [локомотив ВЛ-10) и пассажирских (пассажирский вагон) поездов при торфяном основании; 3,4 — та же при твердом основании

1®

^ >ем г я но'

■ ■ й

орфян

■НОЙШ

0 1 2 3 4 5 6 Глубина от уровня основной площадки, м

1 - 40 км/ч, 2-60 км/ч; 3-80 км/ч. Локомотив ВЛ-10

Рис. 2 Затухание амплитуд колебаний по глубине земляного полотна и торфяного основания при движении грузовых поездов (локомотив ВЛ-10)

Рис. 1 Зависимость амплитуд колебаний грунтов основной площадки земляного полотна от скорости движения грузовых (локомотив ВЛ-10) и пассажирских (пассажирский вагон) поездов

Результирующие амплитуды колебаний в уровне основной площадки возрастают прямо пропорционально с ростом скорости движения (рисунок 1). При этом интенсивность их увеличения значительно выше, чем для насыпей, опирающихся на твердое минеральное основание, и составляет в среднем 35 мкм на 10 км/ч. Линии 3,4 на рисунке 1 построены по

результатам исследований И.В. Прокудина, А.Ф. Колоса, И.В Колос, A.B. Петряева, И.С. Козлова.

В процессе проведенных экспериментов установлена величина амплитуд колебаний, передающихся торфяному основанию (рисунок 2). При движении грузового поезда со скоростью 80 км/ч значение результирующей амплитуды колебаний на глубине 4,4 м, что соответствует уровню торфа, равно 150 мкм, что составляет 30% от амплитуд колебаний, основной площадки земляного полотна.

Затухание колебаний по глубине земляного полотна, опирающегося на торф, происходит значительно слабее, чем на насыпях, опирающихся на твердое минеральное основание. Для оценки затухания колебаний по глубине введен показатель 5Z, равный отношению результирующих амплитуд колебаний, зарегистрированных на некоторой глубине z относительно основной площадки (Az), к амплитудам, зарегистрированным на основной площадке земляного полотна (А0) (рисунок 3).

Значение коэффициента б

« 0,00 0,20 0,40 0.60

ш

Для оценки затухания колебаний в поперечном оси пути направлении

1 - изменение 6; для насыпей на торфе: 2 - изменение 5г для насыпейна минеральной основании

Рис. 3 Изменение коэффициента б2 для насыпей, опирающихся на торфяной грунт и для насыпей на твердом минеральном основании

введен показатель бу, равный отношению результирующих

амплитуд колебаний, зарегистрированных на некотором расстоянии у относительно торца шпалы (Ау), к амплитудам, зарегистрированным на основной площадке земляного полотна у торца шпалы (А0) (рисунок 4).

1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

1 - | 1

• - j 1

\ | -j

—< V \ - SSS i -4—

2 j Щаа *

| о 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Расстояние от торца шпалы, м

1 - изменение 5У для насыпей на торфе, 2 - изменение 5У для насыпейна твердом минеральном основании

Рис. 4 Изменение величины 5у для насыпей, на торфяном и минеральном основании Распространение колебаний в теле земляного полотна и торфяном основании описывается экспоненциальной зависимостью (1). Для насыпей, опирающихся на торф, определены значения коэффициентов затухания колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскости.

А2у = А0 ■ (1)

где Л2у - результирующая амплитуда колебаний в точке с координатами г и у, мкм;

А0 - амплитуда колебаний в уровне основной площадки земляного полотна, мкм;

г - расстояние по вертикали от основной площадки до рассматриваемой точки, м;

у - расстояние по горизонтали от оси пути до рассматриваемой точки, м.

\ 16,65, прчу > 18, Л! с>! - коэффициент затухания колебаний по глубине торфяного основания, 3 = 0,320,1/м.

- коэффициент затухания колебаний в поперечном оси пути направлении в зоне от 0 до 18 м от торца шпалы, равный 0,053 1/м;

- то же, при расстоянии от оси пути более 18 м, равный 0,001 1/м; 8Ъ- коэффициент затухания колебаний в откосной части насыпи, для насыпей, опирающихся на торфяной грунт, 83 = 0,080 1/м; /¡¿-высота откоса насыпи над рассматриваемой точкой, м.

Третья глава посвящена результатам лабораторных экспериментов по выявлению основных закономерностей изменения прочностных характеристик торфа при действии вибродинамических нагрузок.

Для исследования физико-механических свойств торфяных грунтов при действии вибродинамических нагрузок были отобраны образцы торфа ненарушенной структуры с 3 экспериментальных участков, расположенных на перегоне Грузино - Сосново направления Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги между ПК 450+00,00 - ПК 480+00,00. Основание земляного полотна на данном участке сложено торфом, мощность которого колеблется от 2,5 м до 7,0 м. Природная влажность образцов, отобранных на данных участках изменяется в пределах 440% - 790%. Степень разложения торфа под железнодорожной насыпью имеет постоянное значение и равна 44-49%.

Определение прочностных характеристик торфа при действии как статической, так и при действии вибродинамической нагрузки осуществлялось с использованием вибростабилометра конструкции ЛИИЖТа. Для определения прочностных характеристик торфа в камере прибора создавалось гидростатическое давление равное 0,03; 0,06 и 0,10 МПа.

Анализ результатов проведенных лабораторных экспериментов показывает, что наиболее чувствительны к вибродинамическим нагрузкам торфы с низкими значениями естественной влажности и пористости, (таблица 1, 2)

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа были использованы показатели относительного снижения удельного сцепления, угла внутреннего трения, определяемые по формулам:

Кс =

г _ Т11 п

ист Члин

(2)

где Сс[, (рст - удельное сцепление, угол внутреннего трения торфа при

действии статической нагрузки;

Сднк1' - удельное сцепление, угол внутреннего трения торфа при действии максимальной вибродинамической нагрузки. Результаты проведенных экспериментов показывают следующее:

Таблица 1

Значения коэффициента относительного снижения удельного сцепления Кс для торфа степени разложения Оф =44-49%

Таблица 2

Значения коэффициента относительного снижения угла внутреннего трения К^ для торфа степени разложения Оф=44-49%

Коэффициент пористости, е

7 8 9 10 11

£ А © 1 се 05£ 0,21 0,17 0,13 0,10 0,06

005 0,15 0,12 0,09 0,07 0,05

о 0,13 0,11 0,08 0,06 0,04

о о 00 0,11 0,09 0,07 0,05 0,03

Коэффициент пористости, е

7 8 9 10 11

Влажность, о 0,22 0,19 0,15 0,12 0,08

005 0,16 0,14 0,12 0,10 0,07'

о 0,12 0,11 0,10 0,0 0,06

008 0,10 0,09 0,08 0,07 0,06

Наибольшее снижение сцепления С (таблица 1), угла внутреннего трения ф (таблица 2) наблюдается у торфов с влажностью 350% и коэффициентом пористости е=7 и составляет соответственно 21%, 22%. С увеличением влажности чувствительность торфа к вибродинамическому воздействию снижается. При влажности 800% и коэффициенте пористости е=11, сцепление торфа С снижается на 3%, угол внутреннего трения ф — на 6%. Величины названных показателей получены впервые и рекомендуются к применению в проектных и научно-технических разработках.

Определение величины сопротивления торфа сдвигу основывается на методе В.Г. Березанцева, позволяющего определить величину расчетного сцепления, учитывающего величину угла внутреннего трения, численно равного величине сопротивления'торфа сдвигу:

аду (3)

Лд<р + <р-~

где Ср— величина расчетного «повышенного» удельного сцепления торфа, учитывающая величину угла внутреннего трения; С—удельное сцепление торфа; Ф -угол внутреннего трения торфа.

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на величину сопротивления торфа сдвигу был использован показатель относительного снижения сопротивления сдвигу, определяемый по формуле:

Кт = (4)

тст

где тст - сопротивление торфа сдвигу при действии статической нагрузки;

Дин

- сопротивление торфа сдвигу при действии максимальной

вибродинамической нагрузки.

Результаты проведенных экспериментов показывают, что наибольшее снижение величины сопротивления торфа сдвигу при действии вибродинамических нагрузок наблюдается у образцов торфа с низкими значениями естественной влажности и пористости (таблица 3)

Таблица 3 Величины показателя Кт полу-

Значения коэффициента относительного чены впервые и рекомендуются к

снижения сопротивления сдвигу Кх для торфа степени разложения = 44-49%

Коэффициент пористости, е

7 8 9 10 11

350 0,24 0,20 0,15 0,12 0,08

л" £ 500 0,18 0,15 0,12 0,10 0,07

е X * я 5 650 0,15 0,13 0,10 0,08 0,05

800 0,13 0,11 0,08 0,06 0,04

применению в проектных и научно-технических разработках.

В результате проведенных лабораторных экспериментов определены значения коэффициента виброразрушения торфа к в зависимости от величины естественной влажности. При влажности торфа \У=350% коэффициент виброразрушения торфа равен 0,23, при \У=500% - £=0,20, \У=800% - А=0,18. Проведенные эксперименты позволили установить зависимости снижения прочностных характеристик торфа от величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию земляного полотна, которые описываются следующими формулами:

Сди„ = С„[(1 - Ю + «с ■ ехр(-к ■ (А - ДО)] (5)

<Рдин = <Рст[(1 - К<р) + кя> ■ ехр (—к ■ Л)] (6)

Тд„„ = т„[(1 - Кт) + Кг ■ ехр (-к ■ 04 -Д,))] (7)

Где ¿ — коэффициент виброразрушения торфа;

А — результирующая амплитуда колебаний грунтов при которой определяются прочностные характеристики, мкм,

А„ — начальная амплитуда колебаний грунта, при которой снижение характеристик не превышает 3-5 %; для торфа А„ изменяется от 20 до 40 мкм.

Четвертая глава посвящена разработке методики расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, основанной на модели идеально связного грунта и учитывающей действие

инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

Оценка прочностных свойств торфа принципиально возможна с использованием полевых и лабораторных методов.

Наличие большого количества лабораторных методов определения прочностных характеристик торфа очень часто приводит к получению совершенно несогласующихся между собой результатов. При этом основным полевым методом определения прочности торфяной залежи является метод вращательного среза с помощью четырехлопостной крыльчатки.

В сложившейся ситуации необходимо разработать методику расчета несущей способности торфяного основания железнодорожных насыпей, которая бы позволяла использовать в качестве основной расчетной характеристики прочности торфяной залежи величину сопротивления торфа сдвигу, а при наличии результатов лабораторных экспериментов -произвести оценку несущей способности при известных значениях величины удельного сцепления С и угла внутреннего трения ср.

Решить данную задачу возможно с использованием подхода В.Г. Березанцева. Использование формулы (3) позволяет определить величину «повышенного» расчетного сцепления Ср, учитывающего влияние малого угла внутреннего трения (р< 15°).

В основу решения задачи о несущей способности торфяного основания, при опирании на него земляного полотна, положена плоская задача теории предельного равновесия для модели идеально связного грунта, учитывающая действие инерционных сил, а также снижение прочностных свойств торфа при вибродинамическом воздействии от проходящих поездов.

Решение задачи теории предельного равновесия при действии колебаний сводится к совместному решению дифференциальных уравнений движения и условия предельного напряженного состояния для модели идеально связного грунта (8).

fda, dzzy „ d2U-

—- ^--= V • COSO + 0 • —?

dz dy r dt2

drvz day . - , d2V C8)

+ —Z = Ym stnO + p ■ —7 y J

dz dy ' r dt2-

a± — <x2 = 2CpH

где az, ay - составляющие нормальных напряжений, соответственно в вертикальной и горизонтальной плоскостях, т/м ; тzy, ту2 - составляющие касательных напряжений, т/м"; U, V- перемещения при колебаниях в направлении осей Zu Y, м; аи а2 - максимальные и минимальные главные напряжения, т/м ; ¿•р " - величина расчетного «повышенного» удельного сцепления, или величина сопротивления торфа сдвигу, т/м2;

у - объемный вес грунта, т/м3. Для получения решения система уравнений (8) преобразуется за счет введения новых неизвестных: величины 5, численно равной углу наклона большего главного напряжения аг к оси у; величины напряжения а, выражаемого через главные напряжения следующей формулой:

а = 1/г(о1-аг) (9)

В результате решения задачи получены уравнения характеристик и дифференциальные соотношения вдоль них:

йг = йу ■ 1д(5 - /0 (10)

йа - 2т?дна • й8 = у(со50 • 1д{8 - ц~)Лу + втв ■ йу) + В ■ Сд(8 - ц)йу + О • йу (11) = у(соя9 ■ йг + ятв ■ <1у) + В • йг + О • йу

йг = йу ■ 1д(8 + ц) (12)

Ла + 2гсяда • й8 = у (со50 ■ йг + яп0 ■ йу) + В ■ йг + О ■ йу (13)

Количественная оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, производится посредством совместного решения уравнений (10-13) методом конечных разностей при соответствующих граничных условиях.

В общем случае для построения сетки линий скольжения следует рассматривать три области, представленные на рисунке 5.

1 ! П (

■■Л. „ и, и Л./]

' * /Ц

' 7

Рис. 5 Расчетная схема построения сетки линий скольжения Значения предельных горизонтальных, вертикальных и касательных напряжений в точках, лежащих на границе полуплоскости (отрезок ОА3 на рисунке 5), определяют несущую способность основания земляного полотна, сложенного торфом.

Полученное решение задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом дает возможность ответить на ряд актуальных с точки зрения проектирования вопросов. Разработанная методика расчета позволяет оценить изменение предельных напряжений в торфяном основании в зависимости от физико-механических характеристик торфа, величины боковой пригрузки, уровня вибродинамического воздействия и других факторов.

Несущая способность основания земляного полотна преимущественно определяется величиной удельного сцепления торфа, снижение которого под действием вибрации влияет существенно больше на снижение предельных напряжений, чем уменьшение угла внутреннего трения (рисунок 6).

Величина удельного сцепления, т/м

Рис. 6 Изменение несущей способности основания, сложенного торфом в зависимости от величины сцепления

О 50 100 150 200 250 Амплитуда А„гн, мки

Рис. 7 Изменение несущей способности торфяного основания в зависимости от амплитуды колебаний частиц грунта

При увеличении угла внутреннего трения ф в 3,0 раза (с 3° до 9°), увеличение несущей способности при величине удельного сцепления С = 1,20 т/м2 происходит в 1,3 раза (с 4,10 т/м2 до 5,30 т/м2). При этом изменение величины удельного сцепления торфа в 2,1 раза с (0,70 т/м2 до 1,50 т/м2) при постоянстве угла внутреннего трения (ф = 9°) вызывает увеличение несущей способности в 2,1 раза (с 3,10 т/м2 до 6,50 т/м2).

Изменение несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, от величины вибродинамического воздействия описывается экспоненциальной зависимостью. Наибольшее снижение наблюдается в интервале амплитуд колебаний от 0 мкм до 150 мкм и составляет ] 5-20% (рисунок 7).

Разработанная методика расчета несущей способности торфяных оснований позволяет определить возможную зону выпора торфяного грунта при строительстве и реконструкции железных дорог, ширину пригрузочных берм (рисунок 8).

4

ф h о и.л • *.(<? i

©h.oepMw'.!) м; л т

© h г; </:líl~í¿t¡ 1.

•л«'-•*•■:•*

ti

16 Л 14

о

lio

t Ш . У f • '5

ЖМУ > "

......с= M-S т/м?-

>=1,10 т/ г= 1,26 т/ i2

„....JS..G т* =0.98-т/м

2 3 4 5 Высота бермы, м

Рис. 8 Определение возможной зоны выпора торфа

Рис. 9 Изменение несущей способности торфяного основания от величины боковой пригрузки

Наличие боковой пригрузки, приводит к прямо пропорциональному возрастанию несущей способности в уровне подошвы насыпи по оси железнодорожного пути. В общем случае, на каждые 0,5 м высоты боковой пригрузочной бермы рост несущей способности составляет 16%, по сравнению с несущей способностью основания насыпи без боковой пригрузки (рисунок 8, 9).

Разработанная в рамках диссертации методика расчета позволяет определить дефицит несущей способности для последующего проектирования конструкций усиления земляного полотна при строительстве или реконструкции, в том числе с использованием специальных строительных смесей и геосинтетических материалов и других современных методов усиления.

Результаты теоретических расчетов несущей способности торфяного основания земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, имеют хорошую сходимость с натурными данными в отношении величин предельных напряжений и поверхностей смещения грунта, что свидетельствует о достоверности полученных результатов.

Основные выводы по работе

1. Наличие в основании насыпей слоя торфа приводит к резкому и значительному увеличению степени вибродинамического воздействия со стороны подвижного состава на грунты, как земляного полотна, так и торфяного основания. Абсолютные значения амплитуд колебаний в уровне основной площадки для насыпей на торфяном основании в 1,9-2,1 раза больше по сравнению с амплитудами колебаний для насыпей на твердом минеральном основании.

2. Затухание колебаний по глубине земляного полотна, опирающегося на торф, происходит значительно слабее, чем на насыпях, опирающихся на твердое минеральное основание. На глубине 2 м снижение амплитуд колебаний составило 40%, для насыпей, опирающихся на твердое минеральное основание - 60%. Наличие слоя торфяного грунта приводит к тому, что верхние слои земляного полотна намного слабее рассеивают энергию колебаний, передавая на нижележащие грунты существенную их часть.

3. Распространение колебаний в теле земляного полотна и торфяном основании описывается экспоненциальной зависимостью (2.9), установленной на основании проведенных экспериментов. Для насыпей, опирающихся на торф, определены значения коэффициентов затухания колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскости.

4. При современном уровне вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, по результатам проведенных экспериментов установлены значения показателя виброразрушения торфа к, показателей относительного снижения сопротивления торфа сдвигу К,,

15

удельного сцепления Кс, угла внутреннего трения Кф, для торфяных грунтов различной влажности и плотности, запегаемых в основании железнодорожных насыпей. Величины названных показателей рекомендуются к применению в проектных и научно-технических разработках.

5. В результате проведенных исследований предложено новое решение задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, основанное на модели идеально связного грунта и учитывающее действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамики прочностных характеристик.

6. Разработанная в рамках диссертационной работы методика расчета позволяет определить дефицит несущей способности основания насыпи для последующего проектирования конструкций усиления земляного полотна при строительстве или реконструкции, в том числе с использованием специальных строительных смесей и геосинтетических материалов.

Основные результаты исследования опубликованы в работах:

Публикации в изданиях, которые входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

1. Крюковский Д.В., Колос А.Ф. Особенности колебательного процесса грунтов насыпей, опирающихся на торфяное основание при движении поездов. Научный журнал «Известия Петербургского государственного университета путей сообщения», вып. 2, Санкт-Петербург, 2013 г., стр. 120-126.

Публикации в изданиях, которые не входят в перечень, рекомендованный ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации:

2. Крюковский Д.В., Козлов И.С. Расчет несущей способности земляного полотна в особой точке с использованием интегрирования. Сборник научных трудов Sworld по материалам международной научно-практической конференции "Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании 2011", Транспорт, том 2, Одесса 2011 г., стр. 24-30.

3. Крюковский Д.В., Колос А.Ф. Оценка несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, с учетом действия динамических нагрузок. Материалы 3 международной научно-технической конференции «Применение геоматериалов при строительстве и реконструкции транспортных объектов», Санкт-Петербург, 2013 г., стр. 113-117.

Подписано к печати 20.11.2013 Печ.л. -1,0

Печать - ризография Бумага для множит, апп Формат 60x84 1/16

Тираж 100 экз._Заказ № 1157_

Тип. ПГУПС 190031, С.-Петербург, Московский пр., д. 9.

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (ПГУПС-ЛИИЖТ)

КРЮКОВСКИЙ ДМИТРИЙ ВАЛЕНТИНОВИЧ

УДК 625.12.033.38

НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА, СЛОЖЕННОГО ТОРФОМ, ПРИ ДЕЙСТВИИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Специальность 05.22.06 - Железнодорожный путь, изыскание и

проектирование железных дорог

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

к.т.н.,

доцент

КОЛОС А.Ф.

Санкт-Петербург 2013

Введение

Содержание

5

1. Состояние вопроса исследований.......................................... 13

1.1 Особенности физических свойств торфа и классификация торфяных грунтов....................................................... 14

1.2 Особенности прочностных характеристик торфяных грунтов и их взаимосвязь с физическими свойствами

торфа............................................................................. 21

1.3 Влияние порового давления на прочность торфяной залежи..................................................................... 32

1.4 Основные принципы оценки устойчивости и несущей способности насыпи, опирающейся на слабые грунты......... 36

1.5 Особенности вибродинамического воздействия поездов на земляное полотно, опирающееся на слабое основание......... 46

1.6 Особенности влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики грунтов............................. 53

1.7 Выводы по главе 1....................................................... 57

2. Натурные исследования колебательного процесса земляного полотна опирающегося па торфяное основание...................... 60

2.1 Характеристика экспериментального участка.................... 61

2.2 Методика проведения экспериментов.............................. 62

2.2.1 Аппаратура и приборы для полевых исследований.... 62

2.2.2 Технология проведения эксперимента.................... 65

2.2.3 Обработка полученных данных............................. 68

2.3 Исследование колебательного процесса грунтов земляного полотна и его торфяного основания................................. 69

2.4 Влияние скорости движения поездов на колебания грунтов земляного полотна, опирающегося на торфяное

основание................................................................. 79

2.5 Исследование распространения колебаний в теле земляного полотна и за его пределами........................................... 82

2.5.1 Распространение колебаний по глубине земляного полотна и торфяного основания............................ 83

2.5.2 Распространение колебаний в поперечном оси пути направлении..................................................... 90

2.5.3 Распространение колебаний в продольном оси пути направлении.................................................... 96

2.6 Выводы по главе 2

98

3. Исследование изменения прочностных характеристик торфяных грунтов при действии вибродинамических

нагрузок.......................................................................... 101

3.1 Характеристика опытных участков, порядок отбора и транспортировки монолитов.......................................... 102

3.2 Моделирование работы грунта....................................... 104

3.3 Конструкция лабораторной установки для исследования грунтов при вибродинамических нагрузках....................... 105

3.4 Методика подготовки и испытания образцов торфяного

грунта..................................................................... 109

3.5 Исследование влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа................................ 116

3.5.1 Зависимость изменения прочностных характеристик торфа от влажности и пористости.......................... 117

3.5.2 Исследование влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики торфа... 121

3.5.3 Исследование изменения прочностных характеристик торфа в зависимости от величины вибродинамического воздействия......................... 127

3.5.4 Исследование влияния вибродинамического воздействия на величину сопротивления торфа

сдвигу............................................................ 132

3.6 Выводы по главе 3...................................................... 137

4. Исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии

вибродинамических нагрузок............................................. 139

4.1 Актуальность и справедливость использования формулы В.Г. Березанцева для определения величины «повышенного» расчетного сцепления грунта................... 141

4.2 Вывод основных уравнений теории предельного равновесия для модели идеально-связного грунта с учетом действия вибродинамической нагрузки........................................ 147

4.3 Решение системы дифференциальных уравнений теории предельного равновесия методом конечных разностей........ 153

4.4 Пример расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, при действии

вибродинамической нагрузки........................................ 160

4.5 Изучения влияния на несущую способность торфяных оснований различных факторов..................................... 164

4.5.1 Влияние прочностных характеристик торфа на несущую способность основания........................... 165

4.5.2 Изменение несущей способности основания от величины вибродинамического воздействия............ 170

4.5.3 Влияние боковой пригрузки на несущую

способность основания....................................... 174

4.6 Несущая способность насыпи на торфяном основании, при устройстве закрепленного слоя грунта............................. 176

4.7 Несущая способность насыпи на торфяном основании, с учетом армирования геосинтетическими материалами......... 179

4.8 Сопоставление теоретических расчетов несущей способности основания земляного полотна с опытными данными.................................................................. 182

4.9 Выводы по главе 4...................................................... 187

Общие выводы........................................................................ 189

Список используемой литературы.............................................. 191

Приложения............................................................................ 203

Введение.

Актуальность темы исследования и степень ее разработанности.

Эффективное функционирование железнодорожного транспорта Российской Федерации играет исключительную роль в создании условий для модернизации, перехода на инновационный путь развития и устойчивого роста национальной экономики, способствует созданию условий для обеспечения лидерства России в мировой экономической системе.

От состояния и качества работыжелезных дорог зависят не только перспективы дальнейшего социально-экономического развития, но также возможности государства эффективно выполнять такие важнейшие функции, как защита национального суверенитета и безопасности страны, обеспечение потребности граждан в перевозках, создание условий для выравнивания социально-экономического развития регионов.

Железнодорожное сообщение в нашей стране на сегодняшний день было и остается важнейшей и самой крупной составляющей транспортной системы. В перспективе роль железнодорожного транспорта не изменится, и он будет оставаться основным видом сообщения, обеспечивающим массовые грузовые и пассажирские перевозки.

Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года [104] предусматривает в ближайшем будущем увеличение грузооборота. Возникает острая необходимость повышения провозной и пропускной способности железных дорог. Решать эту проблему необходимо как за счет интенсификации работы существующей железнодорожной сети, так и строительством новых железных дорог. На сегодняшний день активными темпами на отдельных направлениях и участках осуществляется повышение скоростей движения как пассажирских, так и грузовых поездов, планируется увеличение веса поездов за счет увеличения длины составов.

Реализация планируемых мероприятий неминуемо приведет к

значительному увеличению степени вибродинамического воздействия на

5

железнодорожный путь, включая земляное полотно и его основание. Данный факт негативным образом скажется, в первую очередь, на работе земляного полотна, отсыпанного в районах с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями. В частности, это зоны с залеганием слабых торфяных грунтов.

Земляное полотно, возведенное на болотах, в нашей стране достаточно широко распространено.Протяженность заболоченных участков пути в северных и некоторых западных районах составляет от 10 до 40% от общей протяженности. По данным исследований ВНИИЖТа на территории нашей страны около 2 тыс. км. железнодорожных линий проходят по заболоченной территории.

Опыт строительства, эксплуатации и специальные наблюдения за работой земляного полотна, опирающегося на торфяные грунты, убедительно показали, что с возрастанием скоростей движения, даже при неизменных осевых нагрузках, происходит увеличение «больных» мест, появляются просадки пути на тех участках, где их раньше не было, в отдельных случаях регистрировались значительные деформации пути, требующие закрытия движения. Отмеченные дефекты в большинстве случаев являются следствием негативного влияния вибродинамического воздействия от проходящих поездов на земляное полотно и торфяное основание железной дороги.

Прочность и деформативность конструкции железнодорожной насыпи определяется прочностными и деформативными характеристиками грунтов тела насыпи и основания. Увеличение числа больных мест при увеличении скорости движения поездов является прямым доказательством того, что повышение уровня вибродинамического воздействияприводит к изменению состояния грунтов, а именно к снижению прочностных и деформативных характеристик грунтов как тела насыпи, так и основания, вследствие чего появляются деформации и разрушенияконструкции железной дороги. Многочисленными исследованиями Е.С. Ашпиза [6],В.П. Великотного [12],В.В. Виноградова [14, 15], Г.Н. Жинкина [30, 31], Л.П. Зарубиной [33], И.В.

6

Ковалева [43], А.Ф. Колоса [47,48], A.B. Пертяева [72], И.В. Прокудина [77, 78, 79, 80, 81], Г.М. Стояновича [103], Г.М. Шахунянца [119,120], Т.Г. Яковлевой [121] имногими другими, неоспоримо доказано явление снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения грунтов земляного полотна и его основания при действии вибродинамических нагрузок, однако функциональной связи для этого явления в отношении торфяных грунтов до настоящего времени не установлено.

Важнейшие проблемы проектирования строительства и эксплуатации железнодорожного земляного полотна изучены следующими учеными: JI.C. Амарян [2, 3, 4], Е.С. Ашпиз [6], М.Ф. Вериго [13], В.Д. Казарновский [25], A.M. Караулов [38, 39], H.H. Маслов [62], К.С. Ордуянц [70, 71], П.А. Ребиндер [88], С.Н. Тюремнов [109], В.А. Флорин [111], H.A. Цытович [113, 114], Г.М. Шахунянц [119, 120], Е.А. Яковлева [121].

Однако на сегодняшний день не получили должного внимания вопросы, связанные с аналитической оценкой несущей способности земляного полотна, опирающегося на слабые торфяные грунты, воспринимающего значительные вибродинамические нагрузки от проходящего поезда. Действующие нормативные документы [63, 102] не содержат рекомендаций и указаний по учету влияния вибродинамического воздействия при определении несущей способности насыпей, опирающихся на торф. В тоже время несущая способность слабого торфяного основания является первым критерием, обеспечивающим стабильную работу железнодорожной насыпи, опирающейся на торф, при действии вибродинамических нагрузок.

Таким образом, на сегодняшний день существует объективная необходимость в комплексном решении задачи о количественной оценке несущей способности земляного полотна, опирающегося на торф, с учетом действия динамических нагрузок от проходящих поездов.

Целии задачи.

Целью диссертационной работы является:

Разработка научно - обоснованного решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, с учетом действия инерционных сил и снижения его прочностных характеристик под влиянием вибродинамической нагрузки, возникающей при движении поездов.

Для достижения поставленной цели, в диссертации решены следующие задачи:

1. Выявлены зависимости и характер распространения колебаний в земляном полотне и торфяном основании.

2. Установлены закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов в зависимости от величины вибродинамического воздействия.

3. Разработана методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств под их влиянием.

Научная новизна.

1. Впервые получены аналитические зависимости распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок. Получены коэффициенты затухания амплитуд колебаний в торфяном основании по глубине и в поперечном оси пути направлении.

2. Впервые установлены и исследованы закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов в зависимости от величины вибродинамического воздействия. Определены коэффициенты относительного снижения сопротивления сдвигу, удельного сцепления, угла внутреннего трения торфа при действии вибродинамических нагрузок.

3. На основе теоретических и экспериментальных исследований доказана и обоснована возможность использования модели идеально связного грунта для решения задачи о несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, учитывающей действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. На основе разработанного теоретического решения предложена методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, с учетом действия инерционных сил, вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств под их влиянием.

Теоретическая и практическая ценность работы.

1. Аналитическая зависимость для определения амплитуд колебаний в теле и за пределами земляного полотна, опирающегося на торфяные грунты, полученная на основе проведенных натурных экспериментов.

2. Количественная зависимость снижения величины сопротивления торфа сдвигу, удельного сцепления и угла внутреннего трения торфа при действии динамических нагрузок.

3. Разработанная методика расчета несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфяными грунтами, основанная на модели идеально связного грунта и учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

4. Рекомендации по обеспечению несущей способности торфяного основания железнодорожной насыпи.

Методология и методы исследований.

Для решения поставленных задач были выполнены натурные, лабораторные и теоретические исследования. Натурные эксперименты выполнялись на железнодорожной линии Санкт-Петербург - Приозерск Октябрьской железной дороги. Лабораторные исследования выполнены в Петербургском Государственном университете Путей Сообщения на кафедре «Управление и технология строительства». При разработке предлагаемой методики использовались результаты исследований российских и зарубежных ученых в области механики грунтов и проектирования земляного полотна железных и автомобильных дорог. На основе предложенного теоретического решения выполнено исследование несущей способности основания земляного полотна, сложенного торфом, в зависимости от величины сопротивления торфа сдвигу, величины удельного сцепления и угла внутреннего трения, величины вибродинамического воздействия, передающегося торфяному основанию, чувствительности к нему торфяного грунта, а также в зависимости от геометрических размеров и конструктивных особенностей железнодорожной насыпи.

Положения, выносимые на защиту.

1. Полученные аналитические зависимости распространения амплитуд колебаний в торфяном основании земляного полотна железнодорожного пути при действии вибродинамических нагрузок.

2. Установленные закономерности снижения прочностных характеристик торфяных грунтов, в зависимости от величины вибродинамического воздействия и физических свойств торфа.

3. Методика расчета несущей способности основания насыпей, сложенного торфяными грунтами, основанная на модели идеально связного грунта и учитывающая действие инерционных сил, а также снижение под действием вибродинамических нагрузок прочностных характеристик торфа.

Степень достоверности результатов.

Определяется подтверждением результатов теоретических исследований с данными натурных экспериментов и с результатами многочисленных инструментальных наблюдений за работой земляного полотна железных дорог, опирающегося на торфяной грунт.

Реализация исследований.

Результаты исследований нашли практическое применение в проектном институте «Ленжелдорпроект» при проектировании реконструкции участка Мга - Кириши со строительством вторых путей, а также в ПГУПСе при проектировании реконструкции следующих участков пути Октябрьской железной дороги:

1. Модернизация железнодорожного пути направления Санкт-Петербург - Мурманск Октябрьской железной дороги, участок Заливы — Шуерецкая, 2 главный путь от 797 км ПК 4 до 809 км ПК 9.

2. Реконструкция участка Грузино - Сосново. Технико-экономическое обоснование. Проектирование ин�