автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Усиление эксплуатируемых железнодорожных насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциями

Г6 ид

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ - ^ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ( ШИТ )

На правах рукописи

ФРОЛОВСКИЙ Юрий Кириллович

УДК 625.122: 624.131-033.37(043.3)

УСИЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ С БАЛЛАСТНЫМИ ШЛЕЙФАМИ АНКЕРНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ

Специальность 05. 22. 06 - Железнодорожный путь

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном университете путей сообщения (МИИТе).

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Т. Г. ЯКОВЛЕВА Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор И. В. ПРОКУДИН - кандидат технических наук, старш. науч. сотр. Ю. В. ПУДОВ Ведудая организация - Главное управление пути

Министерства путей сообщения РФ

Защита состоится ИЮИ<Л- 1994 г. в час. ££. мин.

на заседании специализированного совета Д 114.05.03 при Московском Государственном университете путей сообщения по адресу: 101475, ГСП, Москва А-55, ул.Образцова, 15 аул. (ЫЪ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан "/<9" ЛСАХ^ 1994 г. Отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по адресу университета.

Ученый секретарь специализированного совета

профессор

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Надежная работа железнодорожного пути в значительной мере определяется состоянием земляного полотна железных дорог, которое за последние 10. ..15 лет постоянно ухудшается. Обшзя протяженность его с дефектами и деформациями на сети РФ увеличивается и составляет в настоящее время 12. 8%. ее эксплуатационной длины. Участились случаи внезапных отказов объектов земляного полотна, ранее не числящихся деформирующимися, 1/3 из них требует ограничения скоростей и перерыва в движении поездов. Все это негативно сказывается на перевозочном процессе. Ежедневно на сети железных дорог России действует до 300 предупреждений об ограничении скоростей движения из-за неудовлетворительного состояния земляного полотна, нередко происходят перерывы в движении, причем большая их часть (около 707.) приходится на насыпи.

Длительно эксплуатируемые насыпи, как правило, повсеместно имеют развитые балластные шлейфы , которые образовались с течением времени при выполнении ремонтов и текущего содержания пути, часто с вавышенной крутизной откосов, что может привести к сплывам и оползаниям откосов под воздействием природных И техногенных факторов.

Изучению влияния этих факторов на прочность и устойчивость грунтовых сооружений, в том числе железнодорожных насыпей, посвящено значительное количество исследований, в том числе М. R Аверочки-ной, Д. Д. Баркана, М.В.Вериго, В. R Виноградова, С. А. Вознесенского, М. Н. Гольдмгейна, К Г. Грушевого, К-Д.Дшунса, Э. М. Доброва.Г. Н. Жинки-на, В. И. Заворицкого, К1 К. Зарецкого, В. Д. Казарновского, И. И. Кандау-рова, Г. Г. Коншина. Л С. Лалидуса, Н. Н. Мае лова, П. Г. Пешкова, Г. И. Покровского, И. Е Прокудина, Ю. В. Пудова, В. К Рувинского, В. П. Титова, А. Я Ту-лаева, И. С. Федорова, Г. М. Елхунянца, Т.Г.Яковлевой и многих других, выполненных. для решения задач в области строительства .и эксплуата-

ции автомобильных и железных дорог, а также промышленно-гражданского и гиД{|Отехнического строительства, отдельные результаты которых были попользованы в диссертации.

Традиционными способами усиления и стабилизации насыпей с неустойчивыми балластными шлейфами являются срезка шлейфов и отсыпка контрбанкетов иа дренирующих грунтов. Несмотря на то, что эти способы надежны, они обладают супрственными недостатками: требуют больших объемов дефицитных дренирующих грунтов, удлинения водопропускных труб, отвода значительных площадей культурных земель под основания контрбанкетов, выноса в ряде случаев коммуникаций;значительных "окон"; приводят к большим затратам средств и времени и не осуществимы в стесненных условиях. В связи с этим, создание новых эффективных способов, обеспечивающих надежную эксплуатацию насыпей с балластными шлейфами, альтернативных традиционным, и по возможности, лишенных указанных недостатков, актуально и является предметом исследований в диссертации.

Целью исследования является разработка нового способа усиления и стабилизации насыпей с нестабильными балластными шлейфами с помощью анкерных конструкций.

Методика исследований базируется на анализе опыта эксплуатации длительно эксплуатируемых ж<элеэнодородных насыпей с балластными шлейфами и результатах исследований, выполненных в области земляного полотна по армированию грунтов.

В качестве аппарата исследования применялись: теория вероятностей, теории упруго-Деформированных и зернистых сред, методы математической статистики и статистического планирования эксперимента, метод предельного равновесия, метод конечного элемента, сравнительный анализ; экспериментальная часть работы била выполнена методами физического моделирования на стенде и на центрифуге.

- б -

Научная новизна результатов исследований заключается в решении задачи обеспечения устойчивости эксплуатируемых железнодорожных насыпей с балластными шлейфами путем теоретического обоснования и практического применения армогрунтовых удерживающих сооружений в виде анкерных конструкций. При этом в работе впервые, применительно для насыпей железных дорог

установлены количественные зависимости геометрических размерных параметров насыпей с балластными шлейфами от высоты насыпей;

предложена классификация'способов усиления и стабилизации насыпей с балластными шлейфами;

применены не[юятностный м^тод и метод учета динамического состояния насыпей при оценке' устойчивости балластных шлейфов;

получены зависимости для количественной оценки влияния погрешности определения характеристик грунтов шлейфов, применяемых в расчетных силовых моделях на результаты расчета коэффициента устойчивости;

применена полиномиальная модель, полученная методом полнофакторного численного экспе^мента, для оценки и прогноза устойчивости балластных шлейфов;

разработана методика расчета и проектирования анкерных конструкций для закрепления балластных шлейфов;

получены параметры сопротивления выдергиванию инъекционного анкера в системе "анкер - грунт" в зависимости от влажности глинистого грунта;

разработана методика обоснования рациональной схемы установки анкерной конструкции на откосе насыпи путем постановки полного трехфакторного эксперимента по центробежному моделированию насыпей с балластными шлейфами, армированных анкерами;

создана анкерная конструкция для закрепления балластных шлей-

- б -

фов и разработана технология ее устройства.

Практическая ценность работы состоит в разработке нормативного документа, утвержденного МПС (соискатель - один из соавторов), который позволяет использовать разработанные в диссертации методики, расчетные модели, конструктивные и технологические решения по устройству анкерных конструкций для закрепления нестабильных балластных шлейфов эксплуатируемых насыпей на железных дорогах России и стран СНГ.

Реализация работы. Вопросы, поставленные и решенные в диссертации, разрабатывались автором в рамках отраслевой научно-технической программы "Разработка и внедрение комплекса методов и способов «

по обеспечению эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог", которая выполнялась в соответствии с Указанием МПС N А -2Б1у от 22.01.88 г в течение 1987-1992 гг. МИИТом'как головной организацией.

Отдельные положения работы и основные результаты исследований получили внедрение на ряде железных дорог и позволили разработать и внедрить следующие нормативные документы, одним из соавторов которых является диссертант:

"Методические рекомендации по прогнозированию надежной работы железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пу-ти"(Главное упр.1 пути МПС: Утв. 10.06.87 г.);

"Технические указания по усилению и стабилизации насыпей на прочном основании армогрунтовыми поддерживающими сооружения-ми"(Главное упр. пути ЫШ: Утв. 13.12.91 г.);

"Технические указания по усилению насыпей с нестабильными балластными шлейфами армогрунтовыми удерживающими сооружениями'ЧГлав-ное упр. пути МПС: Утв.2а 12.92 г.).

Работа нашла внедрение при усилении опытной насыпи с балласт-

ными шлей^ми 32 км линии Гнетов-Житомир KVo-Заиадной железной дороги.

Апробация работы. Отдельные вопросы и основные положения диссертации докладывались и были одобрены: на VI научно-технической конкуренции молодых ученых и аспирантов Московского института инженеров железнодорожного транспорта (г.Москва, 1986 г.); на VII научно -технической конференции молодых ученых и специалистов Московского института инженеров железнодорожного транспорта (г.Москва, 1987 г.); на 1 научно-технической конфе[>енции факультета "Строительство железных дорог", железных дорог, предприятий транспортного строительства и транспортных вузов в МЖГе (г. Москва, 1988 г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях "Обеспечение эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог'Ч г. Москва, 1989 г.;г.Ленинград, 1990 г.).

Полностью диссертационная работа рассматривалась и была одобрена кафедрой "Путь и путевое хозяйство" МГУ ПС (МИИТ) 11 апреля 1994 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ и получено авторское свидетельство на изобретение.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего МЪ наименований и пяти приложений.

Работа содержит iQD страниц, в том числе 1ЧЧ основного машинописного текста, Ь'Ь"рисунков, 2Ц таблиц.

СОДЕРЖАШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована аетуальность темы диссертации, сформулирована основная ц~ль работы и дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены воп{>оеы методологии проведения анализа состояния эксплуатируемых железнодорожных насыпей на сети, до-

роге, направлении, дистанции пути на основе их систематизации по размерным параметрам," с учетом выполненных ранее работ В.В.Виноградова, С. А. Вознесенского, В. И. Грицыка, А. Н. Савина; предлагается среди нормальных насыпей по размерным параметрам выделять надежно работающие и потенциально-опасные объекты.

По результатам исследований № Н. Гольдштейна.Е Г. Грушевого, К Д. Поздняковой, И. К Прокудина, О. М. Реэникова, В. П. Титова, Г. М. Шахунян-ца,Т. Г. Яковлевой был выполнен анализ деформативности насыпей с балластными шлейфами, который показал, что она зависит от влакностного режима, геометрических очертаний балластных шлейфов и динамического состояния насыпей.

Ввиду того, что длительно эксплуатируемые насыпи имеют значительные отступления от современных типовых очертаний, было выполнено обобщение информации о фактических геометрических характеристиках существующих' балластных шлейфов и проведена их систематизация по размерным параметрам, представленным на рис.1. Получены статистические вависимости, характеристики которых даны в таблице 1, на основе которых созданы стилизованные стохастические модели насыпей с балластными _ шлейфами, которые были использованы для проведения анализа и прогнозирования возможных состояний насыпей и разработки конструктивных параметров армогрунтовых конструкций.

В работе выполнен анализ способов усиления насыпей с балластными шлейфами и обоснован выбор нового способа для разработки: использование анкерных конструкций, применение которых обеспечит эксплуатационную надежность насыпей с балластными шлейфами и позволит получить технический и экономический эффект.

Общая структура исследования приведена на рис. 2.

Во второй главе выполнено расчетно-теоретическое обоснование применения анкерных конструкций для усиления насыпей с неустойчивы-

Стилизованная моднль насыпи с балластными шлейфами

Рис. 1

Таблица 1

Характеристики связей ^•/(Н) для насыпей с балластными шлейфами

¡7 - с" ■ Коэффициенты полинома у,- 1«Д а 5 г г1 Р г«,

Ь а, а, а,

В, м 6. 976 0. 0949 -0. 00641 10 0. 269 0. 764 0. 684 4. 92 4. 74

81 м 6. 764 0. 1971 - 7 0. 712 -0. 795 0. 632 8. 59 6.61

« м 0.346 0. 0754 - 7 0.321 0. 744 0. 553 6. 18 6.61

ь ,м 0. 429 0. 0671 -0. 00261 9 0.118 0. 781 0.610 4. 69 5.14

м, 2. 209 -0. 1294 0. 00481 10 0.150 0. 883 0. 780 12. 42 4. 74

гог 2. 295 -0. 0426 - 8 0.177 -0.811 0. 658 11.54 5. 99

т1 3. 447 -0. 2164 0.00814 10 0.416 0.744 0. 544 4.36 4. 74

т. 4.356 -0.2184 0. 00498 7 0. 649 0.752 0.565 2.60 6. 94

н, м 0. 556 0. 5236 -0. 02058 10 0.689 0.836 0. 699 8.13 4. 74.

н. м -0. 304 0. 5037 -0. 02384 8 0.319 0.874 0.764 8.11 5.79

н, м 0. 081 0. 4732 -0. 01904 10 0. 441 0.901 0. 612 15.09 4. 74

н, м -0. 483 0. 4950 -0.02667 ■ 7 0.613 0. 028 0.395 1.30 6.61

Структура исследования

Проблема - Цель Задачи

Усиление эксплуа- Разработка и

тируемых желез- обоснование

нодорожных насы- - способа уси-

пей с балластными ления и ста-

шлейфами билизации

эксплуатируе-

мых железно-

дорожных на-

сыпей с бал-

• ластными

шлейфами

анкерными

конструкциями

Выполнить систематизацию насыпей с балластными шлейфами

Разработать методику оценки состояния балластных шлейфов

Разработать рас чет но-теорет ичес-кую модель усиления насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциями

Исследовать несущую способность анкера в системе "анкер - грунт"

Оценить эффективность усиления насыпей с балластными ллейфами анкерными конструкциями расчет-но-теоретическим методом и методом центробежного моделирования

Разработать рекомендации по, проектированию и технологии усиления насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциям; для реальных объектов (с закладкой опытного участка)

Рис.2

ми балластными шлейфами. Предложено техническое решение, использование которого предусматривает наличие устойчивого, прочного, неде-формируемого ядра насыпи, позволяющего осуществить анкеровку удерживающих конструкций.

Суть способа заключается в прижатии шлейфов к ядру насыпи при помощи анкерных конструкций, которые представляют собой один или несколько рядов инъецируемых анкеров, закрепленных в устойчивом ядре насыпи и передающих через железобетонные плиты на балластные шлейфы требуемое усилие натяжение ÇI (рис.3). При этом по контакту ядра насыпи со шлейфом происходит возрастание сил сопротивления , за счет которых предотвращается смешение шлейфов. Таким образом в откосной части насыЛи создается армогрунтовое удерживающее сооружение, которое воспринимает избыточное оползневое давление шлейфа и ликвидирует дефицит его устойчивости.

Расчет анкерной конструкции сводится к определению общего количества анкеров ? ^ ; количества рядов анкеров m ; количества анкеров в ряду rij ; расстояния между ними (. и (. (см. рис. 3); места расположения анкеров по откосу f, ; длины анкеров U и длины их заделки в ядро насыпи fj ¡размеров плит и их армирования.

Исходными данными для проектирования армогрунтового удерживающего сооружения являются материалы инженерно-геологического обследования насыпи.

На их основе выполняются с использованием модели Г. М. Ыахунянца расчеты общей устойчивости насыпи по круглоцилиндрической поверхности смещения и местной устойчивости шлейфов по предопределенной поверхности смещения, а также определяются действующие оползневые давления шлейфов. При этом учитывается воздействие внешних нагрузок от проходящих поездов (и их динамический характер) и от веса верхнего строения пути. Если шлейфы имеют дефицит устойчивости делается заключение о необходимости их усиления.

Схема насыпи, усиленной анкерными конструкциями

Эпюра оползневого давления

1 - балластный шлейф

2 - ядро насыпи

3 - инъекционный анкер

4 - железобетонная плита

Рио. 3

Возможность применения анкерных конструкций Дли закрепления неустойфиных балластных шлейки В ОЦеНИНаеТСЯ ПО 1**нуЛЬТаТаМ анализа ОбЩрЙ УСТОЙЧИВОСТИ ННСЫПИ В ЦеЛ"М. Если коэффициент общей устойчивости насыпи К > 1. 10 1. 30 (в зависимости от принятых допущений) - ядро насыпи устойчиво и можно использовать анкерные конструкции.

В работе выполнен анализ и рекомендованы расчетные модели, которые можно использовать для оценки устойчивости балластных шлейфов. Кроме этого получены зависимости для количественной оценки влияния погрешности оп^деления характеристик грунтов, применяемых в расчетных моделях устойчивости, на результаты расчетов.

"На основе 1>ешений, полученных в Сошчдорнии Ю. В. Пудовым для укрепления откосов выемок и насыпей автомобильных дорог, и наиболее близко соответствующим условиям работы железнодорожных насыпей, разработана методика по щюектщюваниы и расчету анкерных конструкций по усилению насыпей с нестабильными балластными шлейфами. Она учитывает некоторые особенности характера взаимодействия между шлейфом, анкерной конструкцией и ядром насыпи в соответствии с расчетной моделью устойчивости Г. М. ИЬхунянца, а также закономерности возникновения и развития дополнительных сил сопротивления, обеспечивающих устойчивое равновесие армированных анкерными конструкциями балластных шлейфов. Расчет насыпи с балластными шлейфами, усиленными анкерными конструкциями, основывается на учете различных возможных форм и видов разрушения откосных частей насыпи и анкерной конструкции, связанных:

с потерей устойчивости насыпи по круглоцилиндрической поверхности обрушения;

со сдвигом шлейфа по контакту с ядром насыпи или внутри слоев шлейфа; •

с выдергиванием анкеров при превышении сил трения по Сскоьсй поверхности кежду грунтом и анкером;

с разрушением анкерной тяги при растяжении. Используя приведенные расчетные схемы разрушения разработана методика расчета анкерных конструкций, заключающаяся:

в определении их параметров, при которых обеспечивается надежная работа системы "шлейф-анкерная конструкция-ядро насыпи";

в оценке несушей способности анкера по грунту, по материалу тяги и прочности анкерной плиты под действием расчетной нагрузки;

в прогнозе состояния насыпи с балластными шлейфами, закрепленными анкерными конструкциями. Л

ГЬ предложенной в диссертации методике расчет анкерной конструкции (один или несколько рядов анкеров на заданном откосе, в расчетном сечении) производится на восприятие расчетного оползневого давления БЛ , определяемого для предопределенной поверхности возможного смец^ния балластного шлейфа по ядру насыпи или по контакту слоев внутри шлейфа

Для плоской задачи должно выполняться условие (см. рис. 3)

. (1) где - дополнительная сила сопротивления смешению в месте установки одного анкера в ^м ряду, 1-м отсеке,кН/м; учитывается только для тех отсеков, в которых размещены анкеры или действует равно-' действующая давления анкерной плиты;

то. - количество рядов анкеров на откосе: J - 1,2,3... ш; ^ - угол внутреннего трения грунта по контакту "шлейф-ядро насыпи", град;

- угол наклона поверхности смещения к горизонту, град. ' При этом дополнительная сила сопротивления , в зависимости от принятых допущений, может быть найдена по двум методам: "первому" - без учета и "второму" - с учетом передачи и распределения давления анкерной плиты на контакте "шлейф-ядро насыпи" или внутри расчетных' слоев шлейфа .

- 1Б - '*

В связи с тем, что расчет по "первому" методу идет в запас, он рекомендуется для практического применения.

В его основу положено предположение, базирующееся на механике недеформируемых тел, при котором шлейф рассматривается как абсолютно твердое тело, или как система таких тел (блоков), расположенных на предполагаемой поверхности смещения, и что установленные анкеры, пересекаемые поверхностью обрушения шлейфа работают только на растяжение. величина которого определяется углом их наклона к нормали к" поверхности смещения (см. рис. 3).

Влияние давления, передаваемого анкерной плитой на расчетную поверхность смешения не учитывается. Шшта служит лишь для закрепления верхней части анкера на поверхности шлейфа. В этом случав для одного ряда анкеров дополнительная сила сопротивления определяется как

% • Я (соур, {ръ + Пир) , (2)

где Я - анкерное усилие натяжения, кН/м;

- угол между анкером и нормалью к поверхности смешения шлейфа в месте установки анкера, град.

Расчетное требуемое анкерное усилие ,кН/м, необходимое для полного восприятия оползневого давления ЕЛ , определяется как

- ЕЛ с^Й-МЛ«*^ + МрО сои?1 ■ (3)

Тогда общее анкерное усилие П^,, требуюаееся для стабилизации всего участка длиной I- ,м с неустойчивым балластным шлейфом составит

' (4)

После выполнения этих расчетов назначается конструкция анкера и фактическое анкерное усилие натяжения Л ,кН. которое зависит от принятой конструкции анкера и технологии его изготовления, и не должно превышать величины несушей способности анкера по арматуре Фа,кН и по грунту Фг. -.Н

где К^ - коэффициент запаса.

Например, при использовании анкерн в виде тяги из пучка высокопрочных щюнолок несудня способность анкера по арматуре отделяется как

где [R.] - нормативная пучность арматурной стали, кНн;

F» - площчдь пои'чх-'чного сечения одной щюволоки анкерной i

тяги, м ;

П, - количество проьолок диаметром cín , мм в тяге, шт. Для изготовления анк^юв рекомендуется применять высокопрочную проволоку классов B1I или Bp 11 диаметром d„ - 3-5 мм с числом щюволок в тяге П9 - 4-6 шт.

Несушя способность анкера по грунту должна определяться по результатам испытаний на выдергивание опытного анкера в грунте или расчетом.

При определении фактического усилия натяжения анкерной тяги должны учитываться технические возможности его создания применяемым оборудованием и использования железобетонных анкерных плит. Проектирование последних заключается в оп^делении их размеров и учетах армирования металлическими сварными сетками.

С учетом включения в работу анкерных конструкций оползневое давление ta

и коэффициент устойчивости балластного шлейфа К*

будут

_ - л m

Е* - Еж - II Su coi Vi /cot (оЦ-fO (7)

i«< j"» *

+ + (8) Предлагаемая Методика расчёта усиления насыпей с нестабильными балластными шд~?4>ами при.помощи анкерных конструкций позволяет оце-

нить состояние насыпай поели усиления и обосновать целесообразность применения этого способа для эксплуатируемых насыпай.

Выполнен сравнительный анализ зависимостей, применяемых для определения несущей способности анкера по грунту и экспериментально подтверждена рациональность использования зависимости Оомндорнии.

Подтверждена работоспособность анкерной конструкции для усиления балластных шлейфов расчетом напряженно-деформированного состояния (НДС) с помошью метода конечного элемента (МКЗ). Об этом свидетельствуют результаты расчетов НДС балластных шлейфов, которые показали, что наличие анкерных конструкций в насыпях привело к снижению деформативности шлейфов. Кроме этого, они являются косвенным подтверждением результатов расчетов устойчивости, выполненных по расчетной силовой схеме и качественно совпадают с результатами центробежного моделирования.

В третьей главе получены экспериментальные зависимости "нагру-жение - перемещение" по результатам испытаний на выдергивание инъекционного анкера в легком суглинке в диапазоне изменения влажности грунта от 0.83 до 1.25 . Они носят нелинейный характер. Зависимости являются линейными только на начальном этапе при сравнительно малых перемещениях анкера

Установлены связи параметров сопротивления грунтового анкера от влажности грунта - легкого суглинка и (рис.4). При

увеличении влажности V от 0.15 до 0.22 параметры сопротивления снижаются на 65 1.

Полученные зависимости могут использоваться для оценки несущей способности инъекционных анкеров, установленных в связных грунтах -легких суглинках и других связных грунтах, близких по характеристикам, при выполнении расчетов по усилению и стабилизации эксплуатируемых насыпей с балластными шлейфами с' помощью анкерных конструкций.

Влияние влажности грунта на удельную несущую способность анкера

8 О 60 ад го

ш Т - 79 14 -мгцы Л - 15 % - Ц58

«

в л

0

* л л - / ¡го 15 е- 1919 V/ о.ш я ш

п

(.15

1.00 0.6? 0.33

о

53

И

йн 015 016 017 018 он 020 си

Рис. 4

ш V/

Экспериментальная проверка усиления насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциями методом цент!юбежного моделирования (промоделировано 15 насыпей в масштабе п - 100) подтвердила результаты расчетно-теоретического исследования. Неустойчивые балластные шлейфы, усиленные анкерными конструкциями, надежно закрепленными в ядре насыпи, сохраняют устойчивость (рис. 5). Это является доказательством принципиальное иозможности применения в качестве способа усиления насыпей с нестабильными балластными шлейфами анкерных конструкций. Экспериментальные исследования показали, что армированные балластные шлейфы представляют собой единое целое армог-рунтовое удерживающее сооружение, воспринимающее оползневое давление как сплошной массив, что свидетельствует о возможности использования принятой расчетной силовой модели оценки устойчивости балластных шлейфов, закрепленных анкерными конструкциями, приведенной во второй главе. ,

Рааработана методика обоснования рациональной схемы установки анкерной конструкции на откосе насыпи путем постановки полного трехфакторного'эксперимента по центробежному моделированию'насыпей.

о

Результаты цннт1>обежного моднли[ювания насыпи (мод. N 12/88) и схема установки анкерной конструкции

Таблица 2

Условия проведения и результаты полного трехфакторного эксперимента

Характеристика Натуральные значения факторов

плана 1, .см С, .см Р .град

основной уровень 3.0 5.0 25.5

интервал варьирования 1.0 1.2 19.5

верхний уровень 4.0 6.2 45.0

нижний уровень 2.0 3.8 6.0

Кодированные значения функция отклика Относит, ошибка

N опьгга факторов экспер. расчет. прогнозирования

X, X» х, 5'. .мм * д

1 - 1 . - 1 -1 11 .22 10.85 3.30

2 + 1 - 1 - 1 12.37 12. 74 - 2.99

3 - 1 + 1 - 1 14.93 14.90 0. 20

4 ♦ 1 1 - 1 9.58 9.61 • - 0.31

5 - 1 - 1 + 1 . 7.67 7. 64 0.39

. 6 + 1 - 1 + 1 12.89 12. 92 - 0.23

7 - 1 + 1 ♦ 1 4.66 4. 29 7.94

8 + 1 + 1 ♦ 1 2.04 2.41 -18. 14

с балластными шлейфами, армированных анкерами. Установлена связь между эксплуатационными деформациями бровки насыпи $^,мм, усиленной анке[1ами, и схемами расположения их на откосе, которая описывается интерполяционной адекватной полиномиальной моделью в виде неполного квадратного уравнения

9«0-16(?5Хг- 2.6050Х,-1 7325^ + 0.8500Х,^ - <.вЧ75Х,Х,. (9)

1'де X,, X,. К, - коди1юьннные нначения факторов, соответственно в натуральных обозначениях (ом. рис. 5):

I, - расстояние между аню-рами вдоль откоса, см;

I, - расстояние между анкерами вдоль образующей, см;

^ - угол установки анкера ПО отношению к плоскости скольжения (К поверхности откоса ядра насыпи), град.

В таблице 2 приведены условии и [»еьультаты опытов полного трехфакторного эксперимента. Средняя относительная ошибка прогнозирования £ - 4.19 7. свидетельствует о высоком качестве математического описания.

В четвертой главе приводится описание созданной в работе анкерной конструкции и разработанной технологии ее устройства для усиления насыпей с балластным^ шлейфами с использованием газодетонационного мобильного бурового оборудования "УДАР-2".

Выполнено проектирование и расчет анкерной конструкции, 'осуществлена проверка конструктивных решений и отработана технология производства работ на опытном участке насыпи 32 км линии Фастов-Жи-томир Кго-Западной ж. д.

Оценен ориентировочный экономический эффект от применения анкерных конструкций. На опытном объекте он составил 84.5 тыс. руб в ценах 1991 т. Наибольший экономический эффект может быть получен при усилении насыпей с неустойчивыми балластными шлейфами, имеющих водопропускные -трубы. ■ •

- 21 - ■ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме усиления эксплуатируемых железнодо|южных насыпей. Выполненные в диссертации исследования познолнкя сделать следующие основные выводы:

1. Насыпи с балластными шлейфами повсеместно распространены на сети железных дорог нншей страны и часто деформируются (например, на Юго-Западной ж. д. С1>еди деформирующиеся насыпей свыше 60 7. составляют насыпи с развитыми балластными шлейфами), в результате чего снижается надежность земляного полотна, поэтому вопросы усиления и стабилизации таких насыпей и исследования в этой области актуальны.

2. Анализ дефюрмативности насыпей с балластными шлейф»нми показал, что.она зависит от влажностного режима, геометрических очертаний балластных шлейфов и динамического состояния насыпей. Установлены параметры, характеризующие геометрическое очертание насыпей'с балластными шлейфами и получены их статистические зависимости от высоты насыпи. Предложена классификация способов усиления и стабилизации эксплуатируемых железнодорожных насыпей с балластными шлейфами, обоснована необходимость разработки нового способа - устройство армогрунтового удерживающего сооружения в виде анкерной конструкции.

3. Анализ существующих расчетных моделей по оценке устойчивости откосов насыпей, рассмотренных в диссертации, показал, что они могут эффективно применяться для оценки состояния балластных шлейфов, что подтверждено результатами физического моделирования на центрифуге. Получены зависимости для количественной оценки влияния погрешности определения характеристик грунтов, применяемых в расчетных моделях устойчивости на результаты расчета

4. При известных или предполагаемых диапазонах избиения характеристик грунтов ииейфа для оценки и прогноза устойчивости бал-

лаетных шлейфом комендуетоя применять полиномиальные расчетные модели, полученные н работе методом полнофакторного численного эксперимента.

Расчетно-теоретическое исследования моделей насыпей с балластными шлейфами, усиленной анкерными конструкциями, показали, что возможность их применения следует обосновывать из.условия обеспечения устойчивости насыпи в целом, а работоспособность - из условия обеспечения устойчивости армированных грунтовыми анкерами балластных шлейфов. Подложенный подход позволяет определять' геометрические параметры анкерных конструкций и схему их размещения на откосах насыпи, а также оценивать устойчивость балластных шлейфов после установки анкерных конструкций.

6. В результате лабораторных исследований параметров сопротивления выдергиванию грунтового анкера в системе "анкер-грунт" установлено, что они зависят от влажности связного грунта . При ее увеличении от 0.83 до 1.25 Уи, параметры сопротивления снижаются на 65 Г..

7. Экспериментальная проверка усиления насыпей с балластными шлейфами анкерными конструкциам методом центробежного моделирования подтвердила результаты расчетно-теоретического исследования.

8. Разработана методика обоснования рациональной схемы установки анкерной конструкции на откосе насыпи путем постановки полного трехфакторного эксперимента по центробежному моделированию насыпей с балластными шлейфами, армированных анкерами.

9. Создана анкерная конструкция для закрепления балластных шлейфов железнодорожных насыпей. . Разработана и внедрена технология устройства анкерных конструкций с применением газодетонационного бурового оборудования "УДАР-2" на опьггном объекте. Наибольший экономический эффект может быть получен при усилении и стабилизации

эксплуатируемых насыпей с балластными шлейфами, расположенных в зоне водопропускной трубы, где требуется ее удлинение.

Основные положения диссертации опубликованы в следующиих работах:

1. Вольнов М. В. .Фроловский Ю. К Исследование на моделях влияния степени уплотнения на свойства мелких пескон и осадки насыпей / Моск. ин-т инж. ж. -д. транси. - М. , 1985. - 12 с. - Деп. в ЦНИИТЭИ МПС 25. 02. 85, N 3005 ж. д.

• 2. Фроловский Ю. К. Влияние влажностного режима балластных шлейфов на устойчивость железнодо{южных насыпей // Межвуэ. сб науч. тр. '/ МИИТ. - М. , 1988. - Вып. 796: Повышение уровня использования и надежности железнодорожного пути. - С. 66-70.

3. Виноградов К В. , Фроловский' 1й К Методика определения расчетных прочностных характеристик грунтов // Путь и путевое хоз-во.

- 1989. - N 3. - С. 44-45.

4. А. с. 1479578 СССР, МКИ Е 02 Г 5/18. Устройство для сооружения дренажных скважин / Жилин Г. К , Фроловский Ю. К. (СССР);-N 4254938/29-03; Заявл. 01. 06. 87; Опубл. 15.05.89. - В кн.: Офиц. бюл. Комитета по делам изобретений и открытий, N 18, 1989.

5. Фроловский Ю. К. Об усилении балластных шлейфов железнодорожных насыпей анкерной конструкцией // Межвуз. сб. науч. тр. / МИИТ.

- 11,1989. - Вып. 835: Проблемы изысканий, проектирования, строительства и содержания железнодорожного пути. - С. 23-27.

6. Фроловский Ю. К О деформировании балластных шлейфов телез-нодорожных насыпей и возможности их закрепления анкерными конструкциями // Обеспеч. экеплуат. надеж, вемлян. полотна ж.д.: Матер. Всес. науч.-техн. конф. , Москва, 12-14 апр. . 1989. - М.: 1989. -С. 122-124.

7. Методические рекомендации по прогнозированию надежной работы железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пути

/ Глав. упр. пути МПС: Утв. 10. Об. 87. -11: ЦНИИТЭИ МПС, 1990.- 83 с.

а Фроловский 1й К. О закреплении балластных шлейфов эксплуатируемых насыпей анкерными конструкциями // Обеспеч. эксплуат. надеж, эемлян. полотна ж. д.: Матер. Всес. науч.-техн. конф. .Ленинград, 12-13 алр. , 1990. - СПб.: 1991. - С. 64.-66.

9. Технические указания по усилению и стабилизации насыпей на прочном основании армогрунтовыми поддерживающими сооружениями / Глав. упр. пути МПС: Утв. 13.12. 91. - М.: Полиграфлес, 1991. - 72 с.

10. Технические указания по усилению насыпей с нестабильными балластными шлейфами армогрунтовыми удерживающими сооружениями / Глав. упр. пути МПС: Утв. 23.12.92.- М. , 1992.- 125 с.

11. Фроловский 1а К. Анкерные конструкции для закрепления бая- . ластных шлейфов // Путь и путевое хоз-во. - 1993. - N 8. - С. 17-19.

Формат бумаги 60x90 1/16 Объем 1.5 п. л. Заказ 60*/> Тираж 100 экз.

ФРОЛОВСКИЙ Юрий Кириллович УСИЛЕНИЕ ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЕЙ С БАЛЛАСТНЫМИ ШЛЕЙФАМИ АНКЕРНЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ (05.22.06 - Железнодорожный путь)

Сдано в набор 28. 04.9Ц.

Подписано к печати 28,04.94,

Типография МГУ ПС, Москва, ул. Образцова, 15