Приложение 1. Динамический расчет земляного полотна

Приложение 1

Динамический расчет земляного полотна

Динамический расчет производят только для насыпей, в основании которых залегает торф, если толщина насыпного слоя, рассчитанного статическим методом, менее 3 м.

Динамический расчет сводится к удовлетворению следующего условия:

, (1)

где - ускорение колебаний проектируемой насыпи на торфе; - предельно допустимое ускорение колебаний насыпи на торфе, определяемое в зависимости от типа проектируемого покрытия и частоты собственных колебаний насыпи (рис. 1).

Ускорение колебаний проектируемой насыпи на торфе определяют по формуле

, (2)

где А - амплитуда колебаний насыпи; - круговая частота собственных колебаний насыпи.

Динамический расчет необходимо производить в такой последовательности:

определить частоту собственных колебаний насыпи на торфяном основании;

определить амплитуду колебаний насыпи;

вычислить ускорение колебаний проектируемой насыпи;

определить предельно допустимые ускорения колебаний;

проверить допустимость ускорений колебаний проектируемой насыпи;

наметить мероприятия по уменьшению ускорений колебаний, если они превышают предельно допустимые величины.

Определение частот собственных колебаний насыпей на торфяном основании

При определении частот собственных колебаний в зависимости от отношения толщины насыпи к толщине оставляемого слоя торфа следует рассматривать два расчетных случая: 1-й - : и 2-й - : для см.

Частоты собственных колебаний насыпей на торфяном основании для 1-го случая определяют по номограмме (рис. 2), которая составлена на основе решения задачи о колебаниях насыпи на упругом торфяном основании.

Частоты собственных колебаний насыпей на торфяном основании для 2-го расчетного случая определяют по формуле

. (3)

В формуле (3) - приведенный модуль упругости торфа, учитывающий отсутствие боковых перемещений колеблющейся призмы торфяного основания

, (4)

где - среднее значение коэффициента Пуассона для торфа.

При отсутствии данных испытаний допускается принять = 0,35.

В этом случае .

;

.

Здесь - общая толщина насыпного слоя; - толщина слоя торфа под насыпью; , - соответственно средние плотности грунта насыпи и торфа.

Общая толщина насыпного слоя (рис. 3).

. (5)

Определение амплитуды колебаний (динамических перемещений) насыпи

Амплитуду колебаний насыпи на торфе при воздействии на дорожную конструкцию транспортной нагрузки (расчетная нагрузка группы А) определяют по формуле

, (6)

где l - упругий прогиб торфяного основания, вызываемый статической нагрузкой от колеса расчетного автомобиля; - динамический коэффициент, характеризующий увеличение прогиба за счет эффекта подвижности нагрузки.

Упругий прогиб торфяного основания

, (7)

P и D - параметры расчетной нагрузки.

Коэффициент К определяют по графику (рис. 4) в зависимости от отношений и ( - толщина однородного песчаного слоя, эквивалентного по распределению напряжений многослойной системе дорожная одежда - насыпь).

, (8)

где - эквивалентная толщина дорожной одежды.

, (9)

где - толщина слоев дорожной одежды, расположенных выше песчаного слоя (см. рис. 3); - модуль упругости грунта насыпи; - средний модуль упругости дорожной одежды;

, (10)

где , , , - расчетные модули упругости отдельных конструктивных слоев, толщина которых равна , , , ... .

Динамический коэффициент , равный отношению максимального динамического прогиба торфяного основания, вызываемого движущимся автомобилем, к величине статического прогиба определяют по графику (рис. 5) в зависимости от коэффициента демпфирования . Для 1-го расчетного случая он равен , для 2-го - , МПа (, ).

Мероприятия по снижению ускорений колебаний земляного полотна

В случаях, когда не выполняется требование формулы (4), обеспечивающее допустимые колебания насыпи на торфе, находящейся под действием динамической нагрузки, необходимо наметить мероприятия по снижению колебаний.

Основным и наиболее простым способом снижения ускорений колебаний земляного полотна на торфяном основании является увеличение толщины насыпного слоя, что обеспечивает уменьшение частот и амплитуд колебаний, и, в конечном счете, снижает ускорения колебаний.

Если по условиям продольного профиля поднятие насыпи нежелательно, для увеличения толщины насыпного слоя можно пользоваться методами перегрузки или частичного выторфовывания.