Особенности проектирования дорожных насыпей на слабых основаниях с деформационной неоднородностью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Хоанг Нгуен Дык Тьи

• Хоанг Нгуен Дык Тьи
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Хоанг Нгуен Дык Тьи

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Инженерно-геологическая характеристика слабых покровных отложений Вьетнама

1.2. Характеристика дорожной сети Вьетнама

1.2.1. Характеристка сети скоростных автомагистралей

1.2.2. Характерстика сети национальных автомобильных дорог

1.2.3. Характеристика сети провинциальных дорог

1.2.4. Характеристика сети городских дорог

1.3. Опыт использования слабых грунтов в дорожном строительстве в России

1.4 Исследования НДС конструкций земляного полотна при его устройстве на слабых грунтах

1.5. Прогноз давлений насыпных грунтов на слабое основание с дренами

1.6. Выводы по Главе

ГЛАВА II. РЕЗУЛЬТАТЫ МКЭ МОДЕЛИРОВАНИЯ УСЛОВИЙ ФОРМИРОВАНИЯДАВЛЕНИЙ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ НА СЛАБОЕ ДРЕНИРОВАНОЕ ОСНОВАНИЕ

2.1. МКЭ модель фрагмента дорожной конструкции

2.2. Особенности развития напряжений 6z, бх, 61, 62 и бср по глубине насыпного слоя

2.3. Влияние на 6z=f(z) расстояния между осями дренажных прорезей

2.4. Влияние на 6z=f(z) прочностных (ф, с) и деформационных (и; Е) характеристик насыпного грунта

2.5. Влияние мощности насыпных грунтов на их давление бн на слабое основание различной податливости

2.6. Выводы по Главе

ГЛАВА III. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА МОДЕЛЯХ

3.1. Особенности взаимодействия насыпного грунта и слабого основания

3.2. Условия и особенности перераспределения напряжений от собственного веса грунта в насыпном слое

3.2.1. Особенности формирования НДС в блочных безраспорных средах от внешней сосредоточенной полосовой нагрузки

3.2.2. Особенности формирования НДС от внешней нагрузки в зернистых распорных средах

3.2.3. Особенности формирования НДС от собственного веса в блочных и зернистых средах

3.3. Влияние деформационной неоднородности слабого основания на давление насыпного грунта

3.4. Мощность зоны активной разгрузки в насыпном слое

3.5. Влияние вращения эллипса напряжений на характер развития вертикальных напряжений

3.6. Сравнительный анализ моделей прогноза давлений насыпного слоя

3.7. Выводы по Главе

ГЛАВА IV. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ФАКТОРОВ НА ДАВЛЕНИЕ НАСЫПНЫХ ГРУНТОВ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ УЧЕТУ

4.1. Учет консолидации слабых грунтов во времени

4.1.1 Без учета ползучести

4.1.2. С учетом ползучести

4.2. Учет взаимосвязи междренажного расстояния и давления насыпных грунтов на дренажную прорезь

4.3. Учет особенностей совместного применения «временной пригрузки» и дренажных прорезей

4.4. Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности проектирования дорожных насыпей на слабых основаниях с деформационной неоднородностью»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Применение песчаных дренажных прорезей в дорожном строительстве при отсыпке земляного полотна на слабых грунтах, наряду с другими типами дренирующих конструкций, обычно направлено на ускорение возможных осадок насыпей и на повышение устойчивости основания.

При этом на этапе производства проектных работ возникает необходимость прогноза величины давлений насыпных грунтов на слабое основание между дренажными конструкциями, особенно, когда предполагается производить устройство гибкого ростверка. Согласно современным рекомендациям прогноз этого давления выполняется с учетом образования в слое насыпного грунта, так называемого «разгружающего свода», ограничивающего величину этого давления весом насыпного грунта, расположенного только в зоне под этим сводом.

Однако использование для этой цели других решений, в частности, основанных на гипотезе «зависания насыпного слоя» по виртуальным траекториям скольжения, приводит к противоположным результатам, согласно которым давление на слабое основание оказывается практически равным весу насыпи на всю ее высоту.

Кроме того, определяющим параметром, как в случае модели «разгружающего свода», так и в варианте наличия эффекта «зависания» определяющим параметром является величина угла внутреннего трения грунта насыпного слоя, что приводит к неопределенности в случае малых углов внутреннего трения грунта.

Степень разработанности темы исследования.

Исследованиями по теме настоящей работы в России занимались

A.М.Рустейка, М.Ю.Абелев, А.С.Марченко, И.Е.Евгеньев, А.Г. Полуновский,

B.Д. Казарновского, Э.М. Добров с его аспиратами, Ч.К. Дат, Л.С. Тхо, Н.Н. Бао и др. Среди зарубежных специалистов можно отметить A. Marston, A.O.

Anderson, W.J. Hewlett, M.F. Randolph, H.G. Kempfert, B. Carlsson, P.J. Noughton, G.T. Kempton, C. Heitz, K. Terzaghi и др.

Существующие методы прогноза давления дорожных насыпей на слабые основания с дренажными прорезями базируются на теории «разгружающго свода» или теории частичного «зависания» насыпного слоя между дренами и требуют проведения дальнейших исследований в этой области.

Целью диссертационной работы является получение решений, позволяющих более надежно проектировать и строить дорожные насыпи на слабых дренированных основаниях.

Основные задачи исследований для реализации поставленной цели были следующими:

1. Проанализировать опыт проектирования земляного полотна автомобильных дорог на слабых основаниях.

2. Исследовать на моделях влияние на НДС насыпного слоя характеристик дренажной конструкций и деформационных свойств слабых грунтов основания.

3. Обобщить теоретически результаты моделирования и получить раечетные формулы для прогноза давлений насыпных грунтов на слабые основания с дренажными прорезями.

4. Провести сравнительный анализ предлагаемых расчетных аналитических решений с результатами выполненных исследований на математических моделях по МКЭ и существующими методами прогноза давлений насыпных грунтов на слабые дренированные основания.

5. Дать практические рекомендации по учету процессов возможных изменений давлений на слабые дренированные основания во времени и условия совместного применения дренажных конструкций, и «временной пригрузки».

Объект исследования: земляное полотно автомобильных дорог, отсыпаемое на слабое грунтовое основание с дренами.

Предмет исследования: особенности НДС наыпного слоя грунта и величина его давления на слабое основание с дренажными прорезями.

Методы исследования основаны на применении программных систем МКЭ в двухмерной постановке на базе PLAXIS 2D У8 для исследования влияния конструктивных параметров модели и геотехнических характеристик грунтов на развитие вертикальных, горизонтальных и главных напряжений в насыпном слое от его собственного веса.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Выявлены ранее не известные закономерности развития НДС слоя насыпных грунтов, которые обусловлены не наличием «разгружающего свода» или «зависанием» насыпного слоя грунта, а эффектом частичной передачи собственного веса насыпного грунта из зоны его залегания на слабом основании в зону, где в основании устроены дренажные прорези.

2. Установлено, что накопление давлений насыпных грунтов на слабое основание с дренажными прорезями происходит в пределах ограниченных зон, так называемых, «воронок сбора нагрузки» с аккумуляцией парциальных давлений грунтовых частиц от их собственного веса.

3. Установлено, что физической основой механики частичной передачи собственного веса насыпного грунта и неравномерных его давлений на слабый грунт является взаимное пересечение «воронок сбора нагрузки», вершины которых подстилаются грунтом основания с различной деформационной податливостью.

4. Получены расчетные формулы для прогноза величины средних давлений насыпных грунтов на слабое дренированное основание, которые подтверждаются результатами исследований на моделях (МКЭ) и более адекватно, чем ранее, учитывают, как модули деформации слабых и насыпных грунтов, так и параметры дорожной конструкции.

5. Установлено, что давление насыпного слоя на слабый грунт может изменяться во времени в процессе консолидации слабых грунтов и соответствующего увеличения их модуля деформации относительно модуля деформации грунта засыпки дрен.

6. Определены условия, при которых, в целях максимально возможного ускорения осадок земляного полотна на слабых основаниях, устройство дренажных прорезей может быть выполнено в сочетании с технологией «временной пригрузки».

Практическая ценность работы заключается в дальнейшем совершенствовании методических основ проектирования дорожных насыпей, сооружаемых в сложных инженерно-геолгических условиях, а также более надежно, чем ранее, прогнозировать величину давления дорожных насыпей на слабые грунтовые основания с дренажными прорезями.

Положения, выносимые на защиту:

1. закономерности развития НДС слоя насыпных грунтов и величины его давления на слабые основания с дренажными прорезями, полученные путем моделирования по МКЭ;

2. модель механики формирования НДС насыпного слоя грунта в условиях его взаимодействия со слабым основанием с деформационной неоднородностью, обусловленной наличием песчаных дренажных прорезей;

3. аналитические зависимости по прогнозу средних давлений насыпных грунтов на слабое основание, полученные из условий неразрывности осадок насыпного слоя, весового баланса грунтовых масс и соотношении деформационных характеристик насыпных и слабых грунтов;

4. аналитические зависимости и методика практического прогноза процессов изменения давлений насыпных грунтов во времени за счет консолидации слабых грунтов основания;

5. условия, определяющие возможность применения технологии «временной пригрузки» в сочетании с дренажными конструкциями

Степень достоверности и апробация работы.

Моделирование выполнялось на базе программы '^ЛХК", при этом использовалась конечно-элементная 2D модель фрагмента дорожной конструкции в виде слоя насыпного грунта и слоя слабого грунта с двумя дренажными прорезями.

Промежуточные этапы работы докладывались на 81-й и 82-й научно-технических конференциях (МАДИ).

Соответствие паспорту специальности: Содержание выполненных исследований отвечает формуле паспорта научной специальности 2.1.8. Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей (технические науки) в области исследования по пунктам:

- п. 2. Разработка и совершенствование теоретических и экспериментальных методов проектирования, строительства, реконструкции и эксплуатаци

- п. 6. Совершенствование методов расчета конструкций, сооружений и их элементов: земляного полотна, пути, оснований, опор, дорожного и аэродромного покрытий, пролетных строений, защитных покрытий, тоннельной обделки, несущих, подпорных и ограждающих конструкций, средств организации движения, водопропускных труб, галерей и т.п., на статические и динамические воздействия природного и техногенного происхождения, включая расчеты напряженно-деформированного состояния и водно-теплового режима, грунтовых массивов, металлических, бетонных и железобетонных конструкций, гидравлического и ледового режимов акваторий мостовых переходов. и транспортных сооружений.

Публикации. По основным результатам работы опубликовано 3 статеи, из которых 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в сборнике конференции.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и общих выводов. Основной текст диссертации содержит 125 стр. печатного текста, 64 рисунка и 15 таблиц. Библиография состоит из 41 наименований использованных литературных источников.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Инженерно-геологическая характеристика слабых покровных отложений Вьетнама

Применительно к инженерно-геологическим условиям Вьетнама к покровным отложениям относят [21], [29] четвертичные аллювиальные отложения в старой и новой дельтах двух больших рек - Красной и Тхайбань (рисунок 1.1) и их притоков. Общая площадь равнины Севера Вьетнама составляет [21], примерно 15000км2 с преобладающими аллювиальными отложениями реки Красной. Аллювиальные отложения представлены слабыми илами, торфами, связными минеральными и болотными грунтами с природной влажностью, близкой к границе текучести.

Рисунок 1.1 - Геологическая карта Вьетнама

Отложение новой дельты * <* Зона сплошных холмов * '*'. ^ Наносы старой дельты Зоны старых холмов

Рисунок 1.2 - Отложения слабых грунтов севера Вьетнама

Несущая способность грунтовых оснований объектов транспортной инфраструктуры Вьетнама характеризуется показателями их консистенции (устойчивой до текучей), величиной угла внутреннего трения (от 0,070 до 0,030) и обшим сцеплением (от 4,0 до1,0 кН/м2).

1.2. Характеристика дорожной сети Вьетнама

Дорожная сеть Вьетнама охватывает всю территорию страны и играет основную роль связующего звена между регионами, аэропортами, морскими портами, портами на внутренних водных путях, станциями, пограничными пунктами пропуска и транспортными узлами.

Важная информация: общая протяженность всей страны составляет около 595125 км, из которых национальные дороги (национальные хайвеи, скоростные автомагистрали) составляют 25484 км. Автомобильный транспорт быстро удовлетворил транспортные потребности экономики. Параллельно с улучшением качества инфраструктуры улучшилось и качество

автомобильного транспорта, что значительно сократило время в пути, особенно для пассажирского транспорта.

Рисунок 1.3 - Дорожная сеть Вьетнама Национальная система дорожной инфраструктуры спланирована на основе основных транспортных магистралей, чтобы обеспечить удобное сообщение с экономическими и административными центрами, морскими портами, пограничными пунктами.

Поскольку Вьетнам имеет форму, вытянутую в направлении Север-Юг, национальная система автомобильных дорог распределена по вертикальным осям, горизонтальным осям и оси, ведущей к столице Ханою, называемой радиальной осью, образуя транспортные коридоры (32 коридора. 1апётат) в частности:

Основные вертикальные оси включают скоростную автомагистраль Север-Юг, национальное шоссе №1, дорогу Хошимин, прибрежные дороги и пограничные коридоры.

- Горизонтальные оси (основными горизонтальными осями являются оси Восток - Запад от Тханьхоа до Биньтхуана), радиальные оси столицы Ханой, радиальные оси города Хошимин.

- Радиальные оси от Ханоя до Северных провинций и от Хошимина до Юго-восточных провинций и дельты Меконга.

- Кольцевые оси (горизонтальная ось в Северном регионе): Северный регион включает в себя национальные автомагистрали 4 (4, 4В, 4С, 4D, 4Н), национальное шоссе 279, национальное шоссе 37; Центральный регион включает в себя национальное шоссе 14С, а Южный регион включает в себя маршруты N1 и N2.

1.2.1. Характеристка сети скоростных автомагистралей

За период с 2001 по 2010 год во всей стране было введено в эксплуатацию всего 89 км скоростных автомагистралей. В период с 2011 по 2020 год количество введенных в эксплуатацию скоростных автомагистралей увеличилось на 1074 км (более чем в 10 раз по сравнению с периодом с 2001 по 2010 год), в результате чего общая протяженность скоростных автомагистралей во Вьтнаме к концу 2020 года составляет 1163 км. Таблица 1.1 - Краткое описание скоростных автомагистралей, которые были введены в эксплуатацию.

№ Область/Регион Маршрут/Сегмент Длина (км)

1 Бакзянг - Ланг Сон 64

2 Северные Срединные земли и горы Хоа Лак - ХоаБинь 26

3 Ной Бай - Лао Кай 264

4 Ханой - Тай Нгуен 66

5 Тай Нгуен - Чо Мои (Бак Кан) 40

6 Ханой - Бакзянг 46

7 Дельта Красной реки Пояс 3 сегмента Фу Донг - Нам Тханг Лонг 33

8 Фап Ван - КауГе (Ха Намь) 30

9 КауГе - НиньБинь 50

№ Область/Регион Маршрут/Сегмент Длина (км)

10 Ланг - Хоа Лак 30

11 Ной Бай - НатТан 21

12 Ханой - Хайфон 105

13 Куангнинь - Хайфон 25

14 Ха Лонг - Ван Дон 60

15 Северная часть Центральной части и Центральное побережье Ла Сон (ТуаТхиенХюэ) - Туй Лоан (Дананг) 66

16 Дананг - КуангНгай 127

17 Горная местность Далат - ЛиенХыонг 19

18 Юго-восток Хошимин - Лонг Тхань - Дау Гиай (Донг Най) 51

19 Дельта Меконга Хошимин - ТрунгЛыонг (ТяньГянг) 40

Сумма 1.163

Скоростные автомагистрали инвестируются и строятся на основных транспортных магистралях, чтобы ориентировать и поддерживать сеть национальных автомагистралей и дорог местного значения для удовлетворения потребностей социально-экономического развития каждого региона. Сеть автомобильных дорог в целом отсутствует, особенно на транспортных магистралях с интенсивным движением, таких как ось Север-Юг, кольцевые маршруты столицы Ханой и Хошимина.

Таблица 1.2 - Статистические данные о текущей плотности сети автомобильных дорог Вьетнама

Область/Регион Автомагистраль (км) Площадь (км2) Население (1000 человек) Отношение длины шоссе к площади (Км/Км2)

Северные Срединные земли и горы 396 95.264 12.712 0,004

Дельта Красной реки 464 21.068 22.877 0,022

Северная часть Центральной части и Центральное побережье 193 95.876 20.450 0,002

Горная местность 19 54.508 5.928 0,000

Юго-восток 52 23.598 18.134 0,002

Дельта Меконга 39 40.548 17.479 0,001

Сумма 1.163 330.863 97.580 0,004

Инвестиции в строительство автомагистралей направлены на развитие основных транспортных магистралей региона, которые, объединяя регионы, способны удовлетворить потребности социально-экономического развития каждого региона и страны в целом.

Однако сеть автомагистралей, в целом, не соответствует требованиям развития. Протяженность автомагистралей невелика по сравнению с развитыми странами, плотность распределения между регионами неравномерна, некоторые из осей с большими транспортными потребностями не сформировали систему автомагистралей, особенно ось

север-юг, линия столичного пояса Ханой- Хошимин.

1.2.2. Характерстика сети национальных автомобильных дорог

Существующая сеть национальных автомобильных дорог также образует два коридора Север-Юг, прибрежные маршруты, радиальные маршруты в Ханой и Хошимин, пояс в Северном регионе и оси Восток-Запад в Центральном и Южном регионах. В Северном регионе национальные автомагистрали имеют форму веера, в Центральном и Южном регионах национальные автомагистрали образуют вертикальные оси, а горизонтальная ось имеет форму шахматной доски.

В целом, покрытие национальной сети автомобильных дорог довольно хорошее, однако из-за особенностей рельефа до 39% национальной сети автомобильных дорог расположено в горных районах, и многие маршруты запланированы в качестве национальных автомагистралей, но не были модернизированы, поскольку стандарты проектирования по-прежнему низкие и не соответствуют требованиям планирования.

Текущая плотность автомагистралей национального значения (после добавления национальных автомагистралей в период 2013-2019 годов) выглядит следующим образом:

Таблица 1.3 - Статистические данные о текущей плотности национальной системы автомобильных дорог Вьетнама на сегодняшний день

Область/Регион Автомагистр аль (км) Площадь (км2) Население (Р)(1000 человек) Отношение длины шоссе к площади (Ш) (Км/Км2)

Северные Срединные земли и горы 7.256 95.264 12.712 0,076

Дельта Красной реки 2.133 21.068 22.877 0,101

Северная часть Центральной части и 8.366 95.876 20.450 0,087

Область/Регион Автомагистр аль (км) Площадь (км2) Население (1000 человек) Отношение длины шоссе к площади (Км/Км2)

Центральное побережье

Горная местность 3.059 54.508 5.928 0,056

Юго-восток 855 23.598 18.134 0,036

Дельта Меконга 2.652 40.548 17.479 0,065

Сумма 24.321 330.863 97.580 0,074

Протяженность национальных автомобильных дорог постоянно увеличивается для удовлетворения потребностей социально-экономического развития со средним темпом роста около 2,3% в год, в том числе в период с 1997 по 2012 год (до формирования фонда содержания дорог) - около 1,46% в год, а в период с 2012 по 2018 год - около 4,6% в год.

30,000 25,000 20,000 15,000 10,000 5,000

0 Н-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1

СТС^СЛОООООООООО^н^н^н^н^н^н^н^н^нгч СПСПСПОООООООООООООООООООО нннг^гмгмг^гогмг^гмгмг^гмгмгмгмг^г^гмгмгогм

Рисунок 1.4 - Национальная карта автомобильных дорог за период с 1997 по

2020 год

Пропускная способность дорожной системы в целом и национальных

автомагистралей в частности по-прежнему ограничена. Основная дорожная сеть состоит, в основном, из 2 полос движения, плохого и очень плохого качества, а также большого количества участков дорог (особенно проходящих через жилые районы). В жилищном фонде отсутствует дренажная система, что приводит к быстрому повреждению дорог (особенно в сезон дождей).

Из-за ограниченности ресурсов на техническое обслуживание многие участки национальной системы автомобильных дорог инвестировались и строились в течение длительного времени, и их периодически ремонтировали только после капитального ремонта.

В стране насчитывается всего 1163 км скоростных автомагистралей (что составляет около 0,002% от всей сети), что примерно в 1/40 раза больше, чем в развитых странах, и в 1/6 раза больше, чем в других странах региона.

1.2.3. Характеристика сети провинциальных дорог

В настоящее время протяженность провинциальной дорожной сети по всей стране составляет около 29 993 км, что примерно в 1,18 раза превышает протяженность национальной системы автомобильных дорог. В частности, протяженность провинциальных дорог в конкретных районах составляет:

Таблица 1.4 - Статистические данные о текущей плотности дорожной сети провинции

№ Область/Регион Протяженность провинциальной дороги (км) Протяженность национальной дороги (км) Провинциальная дорога/ Национальная дорога (км/км)

1 Северные Срединные земли и горы 10.406 7.652 1,36

2 Дельта Красной реки 3.967 2.597 1,53

3 Северная часть Центральной части и Центральное 6.197 8.559 0,72

№ Область/Регион Протяженность провинциальной дороги (км) Протяженность национальной дороги (км) Провинциальная дорога/ Национальная дорога (км/км)

побережье

4 Горная местность 1.683 3.078 0,55

5 Юго-восток 2.885 907 3,18

6 Дельта Меконга 4.856 2.691 1,80

Сумма 29.993 25.484 1,18

1.2.4. Характеристика сети городских дорог

К концу 2019 года во всей стране насчитывалось 833 городских района, включая 2 городских района особого типа, столицу Ханой и город Хошимин, 20 городских районов I типа, 29 городских районов II типа, 45 городских районов III типа, 85 городских районов IV класса и 652 городских района V класса. Уровень урбанизации достиг 38,5%.

Протяженность городских дорог по всей стране составляет около 21 032 км, что в 2,5 раза больше, чем в 2011 году (общая протяженность около 8 492 км). Провинции и города также ставят перед собой цели по развитию городской транспортной инфраструктуры для обеспечения соблюдения стандартов и правил посредством планирования перевозок.

1.3. Опыт использования слабых грунтов в дорожном строительстве в России

При строительстве автомобильных дорог в РФ, как и во Вьетнаме, широко используются в качестве оснований слабые грунты. Отложения слабых грунтов, как правило, на территории РФ представлены теми или иными их разновидностями, имеющими малую сдвиговую прочность, повышенную влажность и сжимаемость.

Подробному изучению строительных свойств слабых грунтов и условий их успешного использования в основаниях зданий и транспортных сооружений в

СССР и РФ были посвящены работы: М.Ю. Абелева [1], Л.С. Амаряна [2,3], П.А. Дрозда [11], И. Е Евгеньева [12-14], В.Д. Казарновского [15-17], В.Н. Яромко [31,32], А.Г. Полуновского [25], Э.К. Кузахметовой [19] и др.

Практика проектирования и строительства земляного полотна автомобильных и железных дорог показывает, что замену слабых грунтов на устойчивые (песчаные) привозные экономически выгодно делать при мощности залегания слабых грунтов не более 4,0м. При большей мощности слабые грунты оставляют в основаниях дорожных насыпей, что обычно требует принятия специальных конструктивно-технологических мер по снижению величины осадок насыпей и их скорейшему завершению, а в ряде случаев - и к исключению возможных процессов потери прочности оснований в период строительства земляного полотна.

При этом в РФ слабые основания подразделяют [26, 27] на три типа в зависимости от несущей способности слабого основания, высоты насыпи и темпов ее строительства. Более конкретно, к слабым грунтам относят [27] грунты, которые имеют прочность на сдиг менее 0,075 Мпа, а модуль деформации - менее5,0 Мпа. Для испытаний слабых грунтов в полевых условиях обычно используется крыльчатка [3], т. к. угол внутреннего трения [2,6] слабых грунтов практически равен нулю.

Наряду с этим, к определению «слабости» грунтов оснований дорожных насыпей используются и другие подходы. Так, в частности, к слабым основаниям относят [12] грунты, сдвиговая прочность которых оказывается равной или менее величины известных из курса механики грунтов [6], имеющих максимальные касательные напряжения Xmax,max=256.yгрHнас, которые образуются в основании под давлением насыпи той или иной высоты ^^Известна [6], наконец, эмпирическая зависимость:

Ясклроя = (П + = 5,64^, (1.1)

Унас Унас

Практикой транспортного строительства в РФ к настоящему времени накоплен значительный положительный опыт строительства земляного

полотна автомобильных и железных дорог на слабых грунтах. Обеспечение их надежности достигается [4,5,11,12,13,22] путем устройства различных дренирующих конструкций (песчаные сваи и прорези), применения «временной пригрузки», регулирования скорости укладки грунтов в насыми и дугих приемов и методов.

Использование конкретной конструкции или технологического приема определяется особенностями инженерно-геологического строения основания, мощностью слабой толщи, ее геотехническими характеристиками, наличием специального технологического оборудования, величиной требуемых финансовых затрат и т.п. факторами. Это позволяет существенно ускорить процессы консолидации слабых грунтов, залегающих в основании дорожных насыпей, а также увеличить несущую способность слабого основания в целом и снизить величину возможных осадок дорожной насыпи в период ее эксплуатации.

1.4 Исследования НДС конструкций земляного полотна при его устройстве на слабых грунтах

Изучению условий влияния дренажных конструкций (песчаные прорези, вертикальные сваи) на процессы уплотнения слабых грунтов во времени под весом насыпей были посвящены работы Хьюлетта и Рэндольфа, А.С.Марченко, Кемпферта, И.Е. Евгеньева, А.Г. Полуновского, Карлссона, Э.М.Доброва и др. Так, А.Г. Полуновским [25] на прозрачных моделях из желатина, позволяющих использовать метды фотоупругости, были исследованы особенности формирования НДС слабых грунтов, расположенных между дрен.

При этом было установлено, что в слабом грунтовом основании, заключенным между сваями, девиатор напряжений ((Р2-Рх) ~ (а1-а2)) по мере сближения свай, постепенно уменьшается, свидетельствуя о создании в слабом основании более благоприятных условий по увеличению его устойчивости. Фактор сближения свай также благоприятно сказывался и на степени уменьшения осадок модели дорожной насыпи. Было также

установлено [25], что наличие свай максимально сказывается на НДС слабых оснований только в случае, если грунт основания имеет низкий модуль деформации и высокий коэффициент их бокового давления.

Рисунок 1.5 - Картина НДС в модели из игдантина по ПолуновскомуА.Г.[25] а) без свай; б) со сваями из дроби

Позднее, исследованию особенностей НДС слабых оснований с дренами с помощью привлечения методов физического и математического моделирования (МКЭ) посвящены работы А.С.Мохаммеда [24], Ле Суан Тхои Чан Куок Дата [7], До КханьХунга [8, 9] и Нгуен Ньы Бао[10], выполненных под руководством проф. Э.М. Доброва.

А.С.Мохаммед [24], используя пористую губку для моделирования слабого грунта и песок с гранитными высевками для дрен. провел серию штамповых испытаний композитного (пористая губка и песок) слоя при нагружении, свойства которого зависели от соотношения величины этих составляющих в единице объема основания модели. Данные исследования показали, что снижение деформируемости резиновой губки наблюдается всегда, когда растет количество песчаных или щебеночных свай, т.е. когда увеличивается занимаемая ими площадь под штампом. При достижении суммарной площади скважин 30% геблюдалось максимальное (до 90%) снижение деформируемости основания модели.

Чан Куок Дат и Ле Суан Тхо [7] методом математического моделирования по МКЭ выявили условия, при которых в слое насыпных грунтов формируются зоны предельного состояния, степень развития которых зависит от диаметра и податливости (жесткости) грунтовых свай.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Хоанг Нгуен Дык Тьи, 2024 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абелев М.Ю. "Слабые водонасыщешые глинистые грунты как основания сооружений", М., Стройиздат, 1973, с.288.

2. Амарян Л.С. "Прочность и деформируемоеть торфяных грунтов", М., "Недра", 1969, с.193.

3. Амарян Л.С. "Полевые приборы для определения прочности и плотности слабых грунтов", М., "Недра", 1966, с.64.

4. Антоновский Д.М., Решке А.Э. Мониторинг системы усиления оснований насыпных сооружений песчаными сваями в геосинтетической оболочке // Красная линия. Дороги.2012, вып. 58/2012, с. 83-84.

5. Антоновский Д.М. Учет свойств слабого основания, усиленного песчаными сваями, при подборе армирующего геосинтетического материала в качестве гибкого ростверка // Красная линия. Дороги. - 2012. - Вып. 66/2012. с. 50-51.

6. Добров Э.М., Механика грунтов. М. УИЦ «Академия», 2-изд.,2013-

256 с.

7. Добров Э.М., Чан Куок Дат, ЛеСуанТхо. Оценка эффективности усиления слабых оснований дорожных насыпей грунтовыми сваями. Жур-л «Транспортное строительство» М. 2010, № 7. с.25-27

8. Добров Э.М, До Кхань Хунг Влияние геосинтетической оболочки на эффективность усиления слабых оснований грунтовыми сваями. «Транспортное строительство» №7, 2014 с. 15-17.

9.Добров Э.М., До Кхань Хунг. Геосинтетическая оболочка- фактор повышения эффективности грунтовых свай. «Наука и техника в дорожной отрасли», №3,2014, с. 31-32.

10. Добров, Э.М., Нгуен Ньы Бао. Учет эффекта зависания насыпного грунта при устройстве гибких ростверков на слабых грунтах. Жур-л «Наука и техника в дорожной отрасли», № 1, 2017, 21 -23 с.

11. Дрозд П.А. "Сельскохозяйственные дороги на болотах", Минск, "Урожай", 1966г, с.168.

12. Евгеньев И.Е., Казарновский В.Д. "Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах", М., Транспорт, 1976, с.272.

13. Евгеньев И.Е. "Строительство автомобильных дорог через болота", М., Транспорт, 1968, с.220.

14. Евгеньев И.Е. "Земляное полотно с вертикальными дренами на болотах", М., Транспорт, 1964, с. 76.

15. Заворицкий В. И. Проектирование подземных транспортных сооружений. Киев. «Будивельник», 1967, стр.204

15. Казарновский В.Д. Основа обеспечения прочности и устойчивости дорожных конструкций. - М.: Техполиграфцентр, 2009. 98с.

16. Казарновский В.Д. Оценка устойчивости насыпей на слабых грунтах // Автомобильные дороги. - 1966. № 1. - С.15-17.

17. Казарновский В.Д., Полуновский А.Г. и др. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве. - М.: Транспорт, 1984. - 159с.

18. Клейн Г. К. Строительная механика сыпучих тел. Госстройиздат, М.. 1950. 252с.

19. Кузахметова Э.К. Исследование методов оценки деформационных свойств торфяных грунтов при прогнозе осадки насыпей автомобильных дорог на болотах. Канд. дисс. Союздорнии. М.1972, 178с.

21.Ле Суан Тхо. Обеспечение стабильности слабых оснований дорожных насыпей с помощью грунтоцементных свай. Автореф. канд. дис. М. 2010.21 с.

22. Луцкий С.Я., Долгов Д.В., Юдов Ю.Н Опыт применения интенсивной технологии строительства земляных сооружений / // Транспортное строительство. — 2005. — N9 5.

23. "Методические рекомендации по расчету и технологии сооружения вертикальных песчаных дрен и песчаных свай при строительстве земляного полотна на слабых грунтах", М., 1974г., стр.57 (Союздорнии).

24. Мохаммед А.С. "Повышение несущей способности слабых оснований при реконструкции автомобильных дорог", Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук", Москва - 2002г.

25. Полуновский А.Г. "Обоснование и исследование конструкции земляного полотна автомобильных дорог на участках залегания иольдиевых глин", Канд. Дисс. Москва - 1972г. 130с,

26. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. Издание официальное. Минтранс России, ФДА, М. 2004

27. СТО НОСТРОЙ_2.25.27-11Автомобильные дороги. Возведение земляного полотна на слабых грунтах.

28. Тер-Мартиросян З.Г. Исследование уплотнения глинистых грунтов с учетом ползучести скелета и сжимаемости поровой жидкости. М. Изд-е МИСИ, 1965,24с.

29. Чан Куок Дат. Особенности напряженно - деформированного состояния (НДС) слабых оснований дорожных насыпей, усиленных грунтовыми сваями.Автореф. канд. дисс. М. 2010, 130с.

30. Фадеев А.Б. "Метод конечных элементов в геомеханике", Москва «Недра» 1987.

31. Яромко В.Н. Поведение дорожных конструкций на мягком основании под воздействием движущегося транспорта.М. изд. «Транспорт», 1966 167с.

32. Яромко В.Н. Учет воздействия движущихся автомобилей при проектировании автомобильных дорог на торфяных основаниях с одеждами нежесткого типа.Автореферат канд.дис. М. 1969, 25с.

33. Alexiew, D. (2005). Piled Embankments in soft soils for railroads: Methods and Significant Case Studies. Proc. Of the 6th International Conference on Ground Improvement Techniques, July, Coimbra, Portugal, pp. 87-94.

34. Carlsson, B. (1987). Reinforced soil, principles for calculation. Terratema AB, Linkoping.

35. Hewlett, W.J. & Randolph, M.F. (1988). "Analysis of piled embankments". Ground Engineering, Vol. 21(3), pp 12-18.

36. Jones, C. J. F. P., Lawson, C. R., and Ayres, D. J. (1990). Geotextile reinforced piled embankments. Proceedings, 4th International Conference on Geotextiles, Geomembranes, and Related Products, Vol. 1, G. Den Hoedt (ed), The Hague, May - June 1990, pp. 155-160.

37. Kempfert, H. - G., Stadel, M. and Zaeske, D. (1997). Design of geosynthetic-reinforced bearing layers over piles. Bautechnik, Vol. 74, No. 12, pp. 818-825.

38. Marston, A. and Anderson, A. O. (1913). The theory of loads on pipes in ditches and tests of cement and clay drain tile and sewer pip. Bulletin No. 31, Iowa Engineering Experiment Station, Ames, Iowa.

39. McKelvey III, J. A. (1994). The anatomy of soil arching. Geotextiles and Geomembranes, 13, 317-329.

40. McNulty, J. W. (1965). An Experimental study of arching in sand." Technical Report No. I-674, U.S. Army Engineer Waterways Experiment Station, Corps of Engineers, Vicksburg, Mississippi, 170.

41. Svan0, G., Ilstad, T., Eiksund, G. and Want, A. (2000). Alternative calculation principles for design of piled embankment with base reinforcement. Proc. 4th Inter. Conf. On Ground Improvement Geosystems, Helsinki.