автореферат диссертации по строительству, 05.23.11, диссертация на тему:Оценка влияния неупругих свойств грунта земляного полотна на работоспособность дорожных одежд нежесткого типа

псковский орле.ча Трудового Красного Знамени автомобильно-дорожный институт-

ЗДЕЛЬМАН Александр Валерьевич

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ 1ШПРУГИХ СВОЙСТВ ГРУНТА ЗЕКЯ2ЮГ0 . ПОЛОТНА НА РАЕОТОСЮСОБНООЧЬ ДОРОДНЫХ ОДЕЖД НЕЖЕСТКОГО ТИПА

Специальность. 05.23. И - Строительство автокс'Оияьних дорог и аэродромов

На правах рукописи

ЛВГОРЕЖРАГ дисрзргащш на исискакиэ ученой степени кандидата технических каут.

Москва 1892

Работа выполнена на кафедре строительства и эксплуатации дорог Московского ордена Трудового Красного Знамени аатоио-бильно-дороляого института.

Научный руководитель - кандидат технических наук

11 С. Коганзои, Официальные оппоненты - доктор технических наук

В. Д.. Казарновский кандидат технических наук В. Е Апестика

Ведущая организация - Г1Ю Соаздорпроега:

Защита состоится "18" февраля 1993 г. в 10 часов ауд. 42 на заседании специализированного совета Л -053.30.01 ВАК при Московском ордена Трудового Красного Знамен}! автомобильно- до рахмам институте по адресу: 125829, ГСП, "оеква, А-319, Ленинградский проспект, 64.

С диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке института.

Телефон для справок; 155-03-28

Автореферат «азосдан " /д " . _1093 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053. 30. 01 ВАК при МАЛИ кандидат технических наук,доцент

Ю. 5.1 ситников

05(1АЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работоспособность дородных одежд нежесткого типа в значительной степени характеризуется их ровностью, которбя является одним из ватаейшж по'лаватеяей тоаяс-портно-эксплуатационного состояния как дорожной одежды, тач и дороги в целом. Ухудшение ровности приводит к снижению скорости автоисЗклеа, эксплуатационных показателей работы автомобильного транспорта, безопасности а удобства водителей и пассажиров, а такие к преждевременному рзгрушегпк дорожт-к одекд и автоыобююй кз-еа увеличения динамических нагрузок от их

взаимодействия.

ЯсЕшьз'/еьгьй а нормативных догсумен-гах. ы&тод расчета еем-лшкто полотна на прочность базируется на решениях теории уп-ругеои-к и из поззиляэт прогнсвкровать иамэнепяе ровности, поскольку списывает только упругие, т.е. мгковенно восотанавлива-эдкеся деформации. Иеувругие свойства грунта земляного полотна принятой в настоящее время теорией расчета не учитывается.

Опыт эксплуатации.дорог с сделками нежесткого типа свидетельствует о той, ч?о на бо.'ХыглЕптье дорог жетт место оста-точаыа деформации и у большикстзе случаев дарскная оде;;ща становится неработоспособной из-за неудошч?вор¿".те лького состояния по рсвнссти. В результате мсзрсжеткре сроки дорокыих оде?;д сократится, а затрата связанные с поддержанием их райо-тояпоссйнооря еуязетвенго Боараетаа?.

У«ет неупру пк свойств грунта земляного полотаа при его расчета позьоявет позьснта. надегног» системы "дорогая одедда - земляное пслотта" и коссг'ать доиоянкхельнык затрат.

Даль, диссертации •• разработка методик» расчета величина остаточной дгфэри&ции, накопленной в грунте земляного полотна за срок слукоы дорожкой одежды при действии транспортной нагрузки, для учета эксплуатационного состояний дородных одежд неяестгссго т!ш? при их проектировании.

Научная новизна состоит в разработке модели накопления остаточных деформаций в грунте земляного полотаа при действии транспортной кагруз!си; разработке способа определения основного параметра «одели - коэффициента пластической вязкости, глинистого грунта - в лабораторных и полевых условиях; определении численных значений реологических деформационных характеристик глинистых грунтов и их изменения в зависимости от сум-

I

марпого времени действия нагрузки и состояний грунта; уточнении методики расчета дсрссккых одежд нежесткого типа ка сдвиг в грунте земляного полотна в части определения остаточных деформаций, накопленных за срок службы дорожной одежды.

Практическая значимость заключается в возможности использования предлагаемой теоретика-эмпирической модели для учета состояния дорожкой одеады по ровности при конструировании и расчете земляного полотна и для разработки требований к типу грунта, используемого в земляном полотне и его влакности.

Реализация работы. Разработанные способ измерения и методика расчета величины накопленной остаточной деформации е грунте земляного полотна автомобильных дорог использованы при обосновании продолжительности периода сезонного ограничения пропуска гяяелых транспорткък средств по дорога« Пермской области, а такие для определения, ущерба дорожных организаций в случаях пропуска тяжелых транспортных средств в расчетный период. Внедрение результатов осуществлено при .сезонном ограничении движения на дорогах Пермской области в 1092 г.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 49-й (1991 г.) и 50-й (1992 г.) научно-методических и научно-исследовательских конференциях МАЙК.

По результатам исследования опубликовало четыре печатные работы: издание ВИНИТИ "Итоги науки и техники" (т.9 за 1990 г.), одна статья и тезисы докладов на двух научно-практических конференций

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы к приложений. Работа содержит 171 страниц машинописного текста, 15 габдиц, 26 рисунков.

аЩРШШЕ РАБОТЫ

Состояние вопроса. Цель -и задачи исследования. Исследование работоспособности дорсшшх одеэд направлено на обеспечение оптимальных дорогашх условий для осуществления рационального транспортного процесса, снижение непроизводительных затрат ка перевозку грузов и пассажиров.

Характеристиками работоспособности дорокной одагды являются прочность дорожкой одезды, ровность, иероховатость и

сцепнне качества покрытия, устойчивость земляного полотна.

Ровность покрытия один иг важнейших показателей, характеризующих транспсртко-эксплуатационное состояние дорожной одежды » автомобильной дороги, ее потребительские свойства.

С практической точки зрения большой интерес представляет учет изменения ровности покрытия в процессе эксплуатации на стадии проектирования дорошшх одезд и ка стад:м разработки проектов производства работ.

Изменение ровности в процессе эксплуатации связывается с неравномерным накоплением остаточных деформации в конструктивных слоях дородной одежды-и земляном полотне.

По ыере накопления опыта эксплуатации дорожных одежд с усовершепствозанньага покрытиями стало очевидным, что положение о работе ■ дорсиных одеад к рабочего слся земляного полотна б области только обратимых деформаций ке соответствует действительности. К такому выводу прншм К.Н.Иванов , Б.С.Радовсккй, В.Д.Казарновский, Ю.М.Яковлев, М.С.Коганзон, О.А.Красиков ,

A. В. Смирнов к др. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований авторы утверждают, что повторно действующая нагрузка к климатические воздействия ведут к постепенно увеличивающейся остагсчной деформации на поверхности покрытия, Скорость накопления деформаций зависит от деформационных характеристик «атериагоз конструктивных слоев одежды и кх располоясегож в конструкции, деформационных характеристик грунта земляного полотна и его состояния.. Степень влияния раз-личкых факторов на величину накопленной остаточной деформации ка поверхности доратаой одеидн кссле-ювана недостаточно и требует детального кгучепкя.

Характерной и наиболее яркой особенностью грунтов является преимущественно пластическое их деформирование практически с момента оагруленкя. Теория дсфсржров-чяи грунтов при действии статических и динамических нагрузок о учетом пластических свойств разработана профессорами С.С.Валовым, Н.Н.Масловыы,

B. Д.Кагсрковсккм, Н.Я.Харахутой, Ю.К.Зарецккм к др. На основе теоретических лоаокзгак, разработанных этими авторами, М.С.Ко-ганзон.А.С.Супрун, А.С'.Пилипенко, а.Н.Елгонов, л.а.Негомедзя-нов и др. .предложили модели пластического деформирования земляного полотна автомобильных дорог.

Многочисленные экспериментальные к теоретические исследования свидетельствуют, что деформирование сооружений ка гли-

нистих грунтов подчиняется закону вязкого течения. Параметрами этой модели 'является активное напряжение сдвига, начальная и конечная вязкости грунта. Применительно ' к земляному полотну автомобильных • дорог, выае перечисленные параметры являются переменными в зависимости от суммарного времени дейстзкя нагрузки и состояния грунта.

Для совершенствования расчета дородных одежд по условно сдвигоустойчквоети земляного полотка требуют изучения реологические деформационные характеристики грунтов используешх лрк Еозведеяют земляного прлотна и их изменение в процессе эксплуатации.

Цель предлагаемого исследования сформулировгяа следующим образом: разработка методики расчета величины остаточной деформации накопленной в грунте земляного полотна за срок слутйы дорожной одежды при действии транспортной нагрузки для учета эксплуатационного состояния дорожных одежд нежесткого гкпа при их проектировании.

Исходя из цели работы, были поставлены следующие гздачи:

1. Разработать математическую модель пластического деформирования грунта земляного полотна азтомобнжьнык дорог.

2. Разработать способ опргд-эления козффициента пластической вязкости в лаборатории и полевых условиях.

3. Эксперкмантагько определить зависимость' показателя пластической вязкости гдияистга грунтов от суммарного зрекэни действия активного касательного напряжения и коэффициента консистенции грунта.

4.Рааработазъ рекомендации по учету пластических свойств глинистых грунтов при конструировании и расчете дсрааяах одэжд нежесткого типа. .

Разработка магематстеской модели пластического дефорииро-вания глинистого грунта гаашного полотна. Многочисленные теоретические и знсш>рим£нтакыше исследования показали,' что зависимость скорости вязкого течения от величины касательных напряжений в' баЕьшхнстве случаев может быть алроксяыирована уравнением:

2 г

у2(1) - —— • (Н - г) (1)

где Такт, гг - активная непогашенная часть сдвигающего напряжения, Ша; Т)(1) - коэффициент пластической вяакости грунта,Ша с; Н - могдгоеть деформируемого слоя, м; 2 - коорди-

*5

I

а р

§ й*.

' \ )

\ \ с

___еэ

6 12 13

йалпчЕстзо тсряляжешхй нагруззж N 10

24

К-0 ■

|П0 С

1" 120

И «о й

Ь ж % 80

70'

к !

..............--Ч^-'-ч? Чч _

1 \ 1 ; X.

: »а

50 »0 130 з 200

КЬлп^гсгво гф..*ягЕ)Яв:гэЕЙ Еягрузки К 10

Рис. 1. Обработка данных иауерёняя радиуса криаиаан чадгк прогиба: а) Еобщ - 139 Ша; б) Ео6д - 287 МПа.

ната точки от поверхности деформируемого слоя, для которой определяется серость вязкого течения, ы.

Многочисленные исследования в области механик* дороетых одежд, а также значительный опыт эксплуатации дорожных одежд нежесткого типа свидетельствуют о том, что напряденное состояние дорожюй конструкции в любой момент времени «окно с достаточной степенью точности оценить с помощью р-жкий теории упругости. Остаточная деформация, являясь необратимой, накапливается при многократком приложении пагрузга. За срок службы автомобильной дороги, в результате миллионов приложений нагрузки, величина остаточной деформации становится значительной и пренебрегать ев недопустимо.

При действии нагрузки разномерно распределенной по площади круга происходит ее передача на грунт земляного полотка с одновременный распределением. При етоы образуемся чаша прогиба, которая мокат быть приближенно представлена как сфера, нагруженная сосредоточенной силой. ВэлЕкгага сосредоточенной силы равняется Еагрузке, которая передается от транспортного средства на дорожную одеяду. При таком подходе деформирование системы "дорожная одежда - земляное полотно" макет быть ин-

Рис. 2. а13ис1£^осгь рядлусз. пр—юлы чдггш прогиба от чигпз нггрузгеивш.

Цхзфоы на кдг-птя^—ватчитки обгггтго модуле упругостх

тс-рпретировано как внедрение жесткого штампа сферической фермы в уругопдастяческое полупространство, а давление в зоне контакта подошвы дорожной одежды и земляного полотна и радиус зоны контакта определяются иа решений контактной задачи о вдав-' ливании жесткой сферы в упругопластическое полупространство. При этом и давление в зона контакта и радиус площадки контакта являются функцией радиуса кривизны основания штампа, а применительно к дорожным одеждам - радиуса кривизны подошвы дорожной одежды.

При анатезе и обработке по аетоду наименьших квадратов эксперигакгальных' данных полученных к.т.н. В.А.Лейвакоы, нами было установлено. что радиус кривизны подошвы дорожной одежды уменывагтег о увогкчеякем члела ■ приложений* нагрузки, рис.1. Начальное значение радиуса кривизны зависят от общего модуля упругости дорожпоя одгжда, рис.2. В результате анализа полученных эмпирктеских зависимостей и при сопоставлении с решением теории упругости с использованием метода Одеизрка для приведения слоистой системы к эквивалентному слою, поручено тео-ре^кко-ампнрнчсокое вкражение длл зычислеяия радиуса кривизны подошвы дорссной одежды:

6424-

/ Erp'T-Fr

R(N)---, (2)

(-0.02-Eosn)

375+N-e

где Еобщ и Егр- модуль упругости, соответственно, дорожной одежды и грунта земляного полотна, МПа; р - давление передаваемое колесом автсшб:«я на покритае дорожной одежды, МПа; г - радиус пдоп^здки ronisraa голеса автомобиля с покрытием дорожной одежды, м; Fr - параметр приведения слоистой системы к эквивалентному слоя, м; N - число приложений нагрузки.

Полученная тесретико-эмпирическая зависимость определяет вид связи между деформирова:пяй( состоянием системы "дорожная одежда - земляное полотно" к ее напряженным состоянием.Налрн-хенпос состояние определено, когда известны величины нормальных вертикального и горизонтального, касательных, а также главных напряжений, действующих в земляном полотне. Перечисленные напряжения вычислены, исходя из давления в зоне контакта дорожной одежды с земляным полотном с учетом радиуса кри-вианы подошвы дорожной одежды, с использованием точного реше-

ния теории упругости для слоистого полупространства, полученного д.1.н:_ А.К.Приваркиковым.

Б основу предлагаемой модели пластического деформирования грунта земляного полотна положена теория ползучести. В соответствии с этой теорией величина остаточной деформации определяется величиной активного касательного напряжения, которое в некоторой точке Z по глубине земляного полотна от нагрузки QcpCR(N)1, прилаженной к его поверхности, с учетом веса дорожной одежды, вычисляется по формуле, полученной д.т.н. A.M. Кривисским на основе теории Кулона-Мора:

(6i - 53) - (6i + б3) -sin <pv, "Сект. макс ~ - . (3;

2-cos q>w

где 6j и 63 - соответственно максимальное и минимальное главные напряжения в точке, Па; <pv - угол внутреннего трения грунта, град.

Остаточная деформация на поверхности земляного полотна определяется суммированием деформаций по глубине в, пределах активной зоны - области земляного полотна, где величина активного сдвигающего напряжения имеет положительное значение, и, следовательно, имеют место пластические микросдвиги.

Величина накопленной за срок службы остаточной деформации определяется интегрированием выражения скорости вязкого течения (1) по времени.

деформационные свойства грунта отображаются коэффициентом пластической вязкости, который характеризует сопротивляемость грунта перемещению слоев при действии сдвигающего напряжения. Коэффициент пластической вязкости является реологической характеристикой. Его величина изменяется в зависимости от сушарного времени действия активного касательного напряжения. Помимо- времени действия активного касательного напряжения величина коэффициента пластической вязкости зависит от пластического состояния грунта в земляном по-ютне, которое в свою очередь зависит от его состояния по злажнос-" ги. Один и тот же грунт может находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии в зависимости от его вланности. Характеристиками - пластичнооти грунта является число пластичности и коэффициент консистенции. Прйчем, если число пластичности характеризует в основном _ тип грунта, то коэффициент консистенции характеризует именно его пластичность..

'" у-ЗюперийеивдДюе'"иоследов&ниб параметров пластического

деформирования грунта земляного полотна. Основной целью экспе-

рименталыгаго исследования является установление закономерности изменения коэффициента вязкости грунта в зависимости от времени действия нагрузки и от состояния грунта и уточнение полученных результатов путем измерения процесса деформирования грунта земляного полотна автомобильной дороги при воздействии транспортной нагрузки.

Для измерения вязкости грунта известен ряд способов. С точки зрения надежности получаемых результатов и простоты реализации наиболее приемлемым является способ принудительного погружения шарового индентора, позволяющей получеть значения коэффициента пластической вязкости при различном времени действия Еагрузки, а также при различных величина! напряжения сдвига в образце в зависимости от массы груза и диаметра шарика, погружаемого в грунт. Распределение напряжений в образце под шариком имеет форму, подобную распределении напряжений под колесом автомобиля при его воздействии на дорокнуа одежду. Этот способ определения вязкости, лает результаты сопоставимые с вязкостью полученной- по способу контролируемся деформации сдвига.

Пластическая вязкость вычисляется по зависимости полученной из выражения (1):

т^ркт, 2г

. -. н (4)

где - скорость вертикального перемещениа индентора,

м/с. Остальные обозначения приведены в выражении (1).

Благодаря высокой чувствительности использованного измерительного оборудования (цена деления 5-10"5мм), Ери выполнении эксперимента скорость погружения индентора в образец, соответствующая фиксированному времени действия актзвного касательного напряжения, измерялась за достаточно малый интервал времени (1000 с).

Для определения активного напряжения сдвига в образце необходимо с максимально возможной точностью знать его напряженное состояние. Задавать требуемое напряженное соскшше й поддергивать его постоянным-на протяжении всего эксперимента позволят приборы трехосного сжатия, которые благодаря своей конструкции позволяют такие обеспечивать неизменность состояния грунта образца по. влажности в течение всего вршеци прозе-дения испытания, каким бы значительным оно не было. Это обстоятельство очень ваяно, тг-к как. вязкость - грунта"' гависит от.

9

его .влажности. При проведении испытаний по девиаторной траектории, т.е. при увеличении интенсивности напряжения сдвига

ч- (6i - 63) J 3 без изменения суммы главных напряжений,. в глинистом грунте проявляются только реологические свойств бег проявления консолидации , что соответствует современным представлениям о протекании процесса деформирования в грунте земляного полотна автомобильных дорог при действии транспортной нагрузки.

При исследовании вйакости грунта величины гидростатического давления в камере стабшгаметра и нагрузка на индентор выбраны таким образом, чтобы напряженное состояние грунта в образце соответствовало напряженному сост-ояни», воаникашцег.'у в рабочем слое земляного полотна автомобильных дорог на стадии эксплуатации. Для этого гидростатическое давление в камере стабилометра назначено исходя из реактивного напряжения в земляном полотне от веса дорожной одеяды, а диаметр индентора выбран тагам образом, чтобы размеры образца не оказывали влияния на напряженное состояние.

Активное напряжение сдвига в образце, соответствующее фиксированному времени, вычисляется с использованием решении теории упругости для слоистого полупространства, в зависимости от величины давления в зоне контакта, соответствующей данному погружению индентора в образец, выражение (3).

Модность деформируемого слоя Н, отвечающая наиболее глубокому захоздению линии равного активного касательного напряжения вычисляется по формуле:

Н - a-(cos <р + tg ч>). (5)

Экспериментальные данные классифицированы по двум факторам, которыми являются коэффициент консистенции, характеризующий состояние грунта и суммарное время, действия активного касательного напряжения, характеризующее срок службы дорожной одежды. Диапазоны варьирования факторов определены с учетом реально наблюдаемых состояний грунта по влажности ' в земляном полотне и сроков слукбы дорскшых одезд кгаесткого типа.

По,результатам измерения скорости вертикального деформирования поверхности образца и вычисления активного касательного напряжения в образце, соответствуй^ фиксированному суммарному времени действия активного касательного напряжения," вычислены значения коэффициента пластической вязкости, с использованием программы для ЗВ.М, разработанной для этих целей.

а!

суммарное время яагрузсекяэ; с

5)

10 1 102 103 104 105 10® ю7

еумыариог время вагруженпи, с

Рис.3. Обработка результатов лабораторного определения пласти-чекой вязкости грунта, а) коэффициент консистенции - 0,5 (Уотк- 0,74); б) коэффициент консистенции - 0,15 (МопГ 0,56).

Корреляционный анализ значений коэффициента пластической вязкости, соответствующих различной длительности действия активного касательного напряжения, показал наличие тесной корреляционной связи между исследуемыми величинами. Значения коэффициента корреляции находятся в пределах 0,92 - 0,95, рис.3. Регрессионный анализ полученных пар значений времени действия активного касательного напряжения и соответствующего этому времени коэффициента пластической вязкости с оптимизацией формы парной зависимости, позволил установить ее вид:

H(t) " Инач + A-Clg (Т + ЗОСЮ)^, (6)

где n(t) - коэффициент пластической еязкости, как функция времени, МПа с;

Т - суммарное время действия транспортной нагрузки за срок службы дорожной одежды, сек;

Плач - коэффициент начальной пластической вязкости глинистого грунта, Ша с:

Анализ эмпирических параметров выражения (6) позволяет заключить, что величина параметра А изменяется с изменением состояния грунта по влажности, а величина параметра С остается практически неизменной. Средняя величина параметра С по результатам лабораторных определений равняется 8,34. .Характер зависимости параметра А от коэффициента консистенции глинистого грунта установлен путем регрессионного анализа экспериментальных данных.-

А - 0,034 в!_1'62), (?)

где В - коэффициент консистенции глинистого грунта. Анализ экспериментальных данных показывает, что коэффициент начальной пластической вязкости также изменяется с изменением коэффициента консистенции глинистого грунта:

Икач - 1,0223-103-В(~1-57). (S)

Б результате проведенных исследований получено выражение, описывающее зависимость коэффициента пластической вязкости глинистого грунта от его состояния по влазшости и суммарного времени действия активного касательного напряжения, рис.4. Зто выражение тлеет вид:

1,0223-10э 0,034- Сlg 04-3000) ]8'34

И (t) - , F7 + -т-ss-• tf)

В * В1-6'-

Сравнение значений, вычисленных по полученной завискмос-. ти. с величинами коэффициента вязкости, приведенными ирофессо-оами В.Д.Казаоновским и Н_Н.Масловым на основе доследований

как собственных, таг: и других авторов, показало их хорошую сходимость.

Целью полевого эксперимента является установление соответствия деформационных характеристик, полученных из лабораторного эксперимента их. значениям в полевых условиях, а также исследование процесса накопления остаточных деформаций в земляном полотне при действии транспортной нагрузки.

Испытания и обследования на экспериментальном участке включают следующие работы: учет интенсивности к состава движения ; испытание дорожной одёжды на прочность; определение пластического состояния грунта рабочего слоя земляного полотна на момент обследований; измерение остаточных деформаций в земляном полотне и всей системы "дорожная одежда - земляное полотно" в целом; обследование ровности дорожной'одежды.

Измерение остаточной деформации выполнено двумя независимыми способами (для контроля получаемых результатов) измерением перемещения глубинных марок и нивелирование точки установки марок относительно репера, заложенного в полосе отвода дороги.

Рис. 4 Зависиийсть кпиМшщзкнта вязкости: ох времени нзгружешлц и пластического состоннпа грунта. Цифры на кривых — котффиппвш' кцитштеш inut

Остаточные деформации на марках измерялись при проходе транспортных средств, а также за фиксированный период времени.

Глубинная марка представляет собой оперную пяту, заглубленную в земляное полотно на требуемую глубину. С пятой жестко соединен следящий стержень. В покрытие дорожной одежды заделывается измерительный датчик, в качестве которого использован индуктивный преобразователь линейных перемещений (измерения при проходе транспортных средств) ели индикатор часового типа (измерения за фиксированный период времени). При измерении остаточных деформаций яа полосе наката устанавливаются две марки на глубину превышающую максимальную мощность активной вены и на поверхность земляного полотна. Остаточные деформации зсилй-ного полотна вычисляются как разность медду отсчетами на первой и второй марках, ¡фоне того на марке, установленной на поверхности земляного полотна измеряются дефорьгацви, приходящиеся на дорожную одежду.

Пластическая вязкость грунта зэшиеого полотна вычисляется по выражении (4). Активное касательное напряжение в земляном полотне вычисляется по формуле (3), с жпольвованием точного решения теории упругости. Давление в зона контакта определяется с учетом радиуса кеиензен подешвы доронпон одздды, выражение (2). Мощность активной зоны зэмлйного полотна оаре-деляется по эпюрам распределения авизного касательного напряжения. Суммарное время действия нагруакк на шаент обследования определяется из следующего выражения:

2-аа)

I - Мт--, (1С)

2 Ул

где а(1) -радиус зоны контакта подошвы дородной од езды с поверхностью земляного полотна, м;

Уп - скорость транспортного потока, ы/с;

1<т _ количество транспортных средств, прошедших по дороге за срок службы, в период когда грунт находился в талом состоянии, авт.:

лг - N1 • - • Пг . (И)

,4-1

N1 - суточная интенсивность движения в первый год эксплуатации 'дороги. авт/сут;

д - показатель «негодного прироста интенсивности движения;

Т - срок службы автомобильной дороги, годы;

пт - продолжительность периода за год, в течение которого грунт находится в талом состоянии, сут/год.

а)

у

1 1 ! ! Л 1

Ч/

// о

. \

■

-------- ■ ■■-' ■ > -

0.25 0.75 125 175 2.25 2.75 3.25 3.75 4.25 Расстояние от края проезжей части, н

0.25

0.75 125 175 2.25 2.75 3.25 3.75

РасстоЕгнне от края проеззна чзстн, и

4.25

Рис.5. Линии влияния остаточных деформаций земляного полотна в точке установки марок (Ь-1.25 м): а) коэффициент консистенции грунта - 0,36 (Уотн-0,?1}; б) козфф!щиент консистенции грунта -• 0,11 ('.ч'отн-О.бО). 1- нагрузка на ось 6*10; 2- 3-6; 3- 0*3.

1.5

По результатам измерения остаточных деформаций при проходе транспортных средств построены линии влияния остаточной деформации земляного полотна в точках устачовки марок, рис.5. Анализ полученных линий влияния показывает, что необратимые деформации в точке происходят и в том случае, когда нагрузка находится на некотором расстоянии от этой точки. Знак остаточной деформации изменяется на противоположный по мере увеличения расстояния от точки приложения нагрузки до точки, в которой определяются необратимые деформации.

На основе выполненного исследования сделан вывод о том, что при определении деформационных характеристик грунта по результатам измерения остаточных деформаций при проходе транспортных нагрузок необходимо учитывать распределение движения по ширине проезжей часта.

Таблица 1.

Измерение накопления остаточных деформаций га. фиксированные периоды времени

Период времени, сут Состояние грунта Деформация поверхности проезжей части, ш Деформация по причине климатических факторов „мы Дефорыа-ЙОНС- оаоеь йог-сезай одада., им Деформация гейлского полотна, ¡¿ы

•41 0,46 57,77 47,6 1,8 8,37

56 -0,02 10,83 4,41 5.5 0,92

37 0,35 2,50 0,С5 2,8 5,34

39 0,11 4,83 3,48 0.2 • 1,15

Значения коэффициентов пластической вязкости, соответствующие наблюдаемым состояниям грунта в аеыдяшом полотне, определены по ревуль^ат-аы измерения начсманной зй фжсирсг^пшн период времени остаточной дефор-ацки (30- 60 суток). Дефдаса-!щи за счет равномерного поднятия н опускания поверхглс^и проезжей части по причине воздействия гажаптеоккх ч^эторсй определяются по результатам ниведиразаигг» всего ексзгршггг зжь -ноге участка относительно репера аезгагенога г нозс&е огаеда дороги. Результаты измерений накопленных сст&точша деборзи^ за фиксированные периоды времени, приведенные в тайг.1, показывают что интенсивность накопления' остаточных деформаций в земляном полотне зависит от состояния грунта по важности. Бе-личина остаточной деформации, накапливающаяся в земляне« полотне за одинаковые промежутки времени, тем больше, чем более

пластичен грунт.

Установлено, что в зависимости от состояния грунта по влажности, которое характеризуется коэффициентом консистенции, на долю земляного полотна приходится от 15 до 85 процентов общей деформация, вызванной воздействием транспортной нагрузки.

По результатам обследований получены значения коэффициента пластической вязкости грунта, табл.2.

В табл.2 продолжительность одного цикла нагружения принята постоянной 0,4 с, мощность активной зоны также принята постоянной Б - 2 и.

Величины коэффициентов пластической вязкости из лабора-

Таблица 2.

Расчет значений коэффициентов пластической вязкости.

Период времени, сутки Коэффициент консистенции грунта Суточная интенсивность двккекня азг/сут Деформация земляного полотна, мм Активное касательное напряжение, Ша Коэффициент пластической вязкости Ша-с по данным

полевым лаборат.

41 37 39 56 0,46 0,38 0,11 -0,02 1256 1797 1797 1797 4,77 3,84 1,15 0,92 0,003 0,012 0,010 0,014 2,59-10^ 1,67-10» 4,88-105 1,22-10' 3,82-10^ 2,32-10° 8,78-10® 1,40-10'

торного эксперимента, определенные при статическом приложении нагрузки больше величин коэффициентов пластической вязкости, полученных из полевого эксперимента в среднем в 1,47 раза. Этот коэффициент близок по величине к коэффициенту динамичности, принятому в порштивнах документах. Динамический характер транспортной нагрузки вызывает большую по сравнению со статическим приложением нагруега величину максимального касательного напряжения, которое изменяется линейно и прямо пропорционально в зависимости от величины максимальной динамической или статической нагрузки, что может быть учтено с поморю предлагаемого в нормативных документах коэффициента динамичности.

На основе выполненных исследований предложены экспериментально определенные расчетные значения деформационных характеристик грунта, т&бл;.3.

Пути управления процессом накопления остаточных деформаций в земляном полотне при действии транспортных нагрузок. _В процессе исследований установлено, что интенсивность накопления остаточных деформаций зависит от величины активного касательного напряжения в активной зоне земляного полотна; мощнос-

17

Таблица 3.

Расчетные значения деформационных характеристик грунта.

Грунт Диапазоны числа пластичности Расчетные значения коэффициентов вязкости при влажности грунта, доли от Щ МПа-с

0,55 0,65 0,75 0,85 0,95

супесь Пи Ик 2-7 - - 9,8-Ю3 9,3-10° 1,6-Ю3 9,8-10

суглинок Т1н - Ик 7-17 - 3,3-10* 3,2-Ю6 5,3-iO3 3,2-Ю5 2,2-103 3,2-Ю4 1,3-Ю3 3,2-Ю3

глина Ttjî Т»к 17 - 27 7,8'10^ 5,0-10р 8,6-Ю3 7,6-Ю5 3,4-Ю3 1,1-Ю5 1,9-iO3 1,7-10* 1,2-103 2,6-Ю3

ти активной зоны вешшного полотна; значения коэффициента начальной пластической вязкости, а такие пластического состояния грунта в активной зоне земляного полотна. Нормирование этих параметров позволяет управлять процессом накопления остаточных деформаций в земляном полотне и тем сашм увеличивать срок службы дорожных одеяд по ровности.

Величина активного касательного напряжения зависит от жесткости дорожвой одежды. Увеличение жесткости ведет к снижению величины "Сакт- Оно может быть достигнуто использованием материалов с более высоким модулем упругости или увеличением общей толщины дорожкой одежды. Конструкция должна рассчитываться по критерию накопленной ва срок службы остаточной деформации.

Мощность активной зоны определяется типом грунта, используемого в ней, и сокращается с увеличением угла зьутреннего трения грунта.

Нанбонее эффективно управлять интенсивностью накопления остаточной деформации позволяет обеспечение требуемого пластического состояния грунта активной зоны земляного полотна, нуте:,! регулирования его влажности. Ооесяечекке полутвердого состояние грунта в процессе эксплуатация (0 < В < 0,25) позволяет гкачительно (до 50С %) увеличить межремонтные сроки дорожкой одежды- Добиться такого результата позволяет обоснованное применение традиционных методов: устройство гидроизолкрушщих и паропоеоываюшкх прослоек; стабилизация грунта актганой зоны

вяжущим и т.д. При этом необходимо очень тщательно анализировать источники увлажнения земляного полотна, а также иметь по возможности наиболее адекватную модель водно-теплового режима зе>.шного полотна.

Эффективно также повышение величины начального коэффициента пластической вязкости грунта, что позволит избежать значительного деформирования земляного полотна в первые три года эксплуатации. Управлять зтиы фактором позволяет уточнение параметров и технологи! уплотнения грунта при строительства земляного полотна, исходя из предложенной в данном исследовании модели.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате выполненного исследования получены следующие выводы:

.. 1. Разработана теоретико-эмпирическая модель накопления остаточных деформаций в рабочем слое земляного полотна из глинистых грунтов под действием нагрузок от автомобильного транспорта.

2. Разработан способ определения основного параметра модели - коэффициента пластической вязкости глинистого грунта - в лабораторных и полевых условиях, заминающийся в измерении скорости вязкого течения грунта высстсоточнсй электронной аппаратурой с индуктивными преобразователями линейных перемещений. При лабораторном определении реологических деформационных характеристик предложено использовать стабняометр для обеспечения напряженного состояния, соответствующего напряженному ссетояшао земляного полотна. Получена хорошая сходимость результатов лабораторных и -полевых исследований.

3. Экспериментальным путем определены численные значения параметров предложенной модели накопления остаточных деформаций глинистого грунта. Получена эмпирическая зависимость коэффициента пластической . вязкости от суммарного времени действия транспортной нагрузки и коэффициента консистенции грунта.

4. Уточнена методика расчета дорожных одели нежесткого типа на сдвиг в грунте земляного полотна. Предлагается дополнить расчет определением деформаций, накопленных за срок сяужбы-даренной одежды.

5. Для уменьшения величины накопленной остаточной деформа-

цик в земляном полотне автомобильных дорог предлагается попользовать мероприятия: ограничение мощности активней зоны пластического деформирования грунта земляного полотна путем снижения величины активного касательного напряжения, действующего в земляном полотне, подбором грунта с большим углом внутреннего трения; устройство гидроизодируюших и капилгрспрерываюЕия прослоек; возвышение рабочего слоя земляного полотна над уровнем грунтовых и длительно стоящи; вод; укрепление грунта рабочего слоя земляного полотна гидрофоокзируищими и стаЗилизируапрам добавками.

СПИСОК РАБОТ Ш ДИССЕРГдЩЗ£:

1. Когаязок М. С. .Здедькэн. А..В.Иробхеыы энвшгуатацик asto-мобильннх дорог/./Ктогн науки и техники ВИНИТИ.Сер. Автонойкль-ныэ дороги.- Î9Q0.- т.9,- С.3-53.

2. Коганаон М.С. .Эдельман А. В. Влияние неукругнх свойств глинистых грунтов 8еиляного полотна на ровность дороккых оде.тщ/'/Проблеыы дородного хозяйства h пут та- резения.Тезисы IV краевой НТК.- Анапа, 1991.- С.84-86.

3. Коганзон ¡/..С. .Здглшак А. В.Обоснование у®хреысв.тннк сроков дорожных одежд на основании ыоде.и! пластического деформирования земляного пологка//Т1роб.зе!«=к стротаельсс-йг. и эксплуатации автомобильных дерег. Тезисы' Мэцэгспублккансдай НТК.- Суздаль, 1SS2.- С.18-20.

t. Коганзон U.C..Эдольман А.В.Исследование накопления остаточных деформаций в аешшком полотне ебтожЗклькьЭ': дорог/научно-технический прогресс в дсро:иок отраста.«Материалы II научно-технического семинара.- Ална-Ата:ЙПК Мкнтрансстрся Республики Казахстан,19S2.- С. 20-ai.