Проектирование поперечного профиля пойменной насыпи

Содержание

Введение

. Определение расчетных характеристик грунта

.1 Расчетные характеристики грунта части пойменной насыпи, находящейся при естественной влажности

.2 Расчетные характеристики грунта низовой обводненной части пойменной насыпи

.3 Расчетные характеристики грунта обводненного основания пойменной насыпи

. Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

.1 Определение коэффициента устойчивости варианта 1

.2 Определение коэффициента устойчивости варианта 2

.3 Определение коэффициента устойчивости варианта 3

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Целью работы является ознакомление с основными элементами земляного полотна, с методами проектирования поперечного профиля, ознакомление с одним из методов расчета устойчивости пойменной насыпи на подходах к мостовому переходу.

В проекте рассмотрен расчет устойчивости насыпи графоаналитическим методом в предположении, что сползание грунта происходит по кругло - цилиндрическим поверхностям, предложенным профессором Г.М. Шахунянцем.

1. Определение расчетных характеристик грунта

К расчетным характеристикам грунта, влияющим на устойчивость земляного полотна, относят: влажность грунта W, объемный вес γ, сцепление С, коэффициент пористости ε, угол внутреннего трения φ.

1.1 Расчетные характеристики грунта части пойменной насыпи, находящейся при естественной влажности

Объемный вес грунта сухой насыпи γ_н, т/м³ определяется по формуле:

_,(1)

где γ_ск - объемный вес скелета грунта насыпи, т/м³;

W_н - весовая влажность грунта в теле насыпи, %.

 т/м³.

Коэффициент трения грунта насыпи при естественной влажности:

_, (2)

где  - угол внутреннего трения грунта при естественной влажности.

1.2 Расчетные характеристики грунта низовой обводненной части пойменной насыпи

Объемный вес обводненного грунта насыпи γ_вн, т/м³ определяется по формуле:

_,(3)

где γ_в - удельный вес воды, т/м³ (γ_в = 1);

γ_у - удельный вес частиц, т/м³ (γ_у = 2.71);

 - коэффициент пористости грунта насыпи.

(4)

.

Коэффициент трения грунта обводненной насыпи принимаем:

(5)

Удельное сцепление обводненного грунта насыпи в расчетах примем:

(6)

1.3 Расчетные характеристики грунта обводненного основания пойменной насыпи

Объемный вес обводненного грунта основания насыпи γ_во, т/м³:

_,(7)

где γ_в - удельный вес воды, т/м³ (γ_в = 1);

γ_у - удельный вес грунта основания, т/м³;

 - коэффициент пористости грунта основания.

(8)

Коэффициент трения грунта основания насыпи при естественной влажности:

_, (9)

Удельное сцепление обводненного грунта основания:

(10)

Расчетные характеристики грунтов сведем в таблицу 1

Таблица 1

2. Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи

Из многих методик расчета устойчивости откосов большое практическое применение получил графоаналитический метод. Установлено, что в однорядных связных грунтах поверхность смещения земляных масс близка к кругло - цилиндрической. Этот факт позволяет значительно упростить расчеты.

Устойчивость откосов насыпи принято оценивать коэффициентом устойчивости К_у, который представляет собой отношение моментов сил, удерживающих откос от смещения, к моменту сил, сдвигающих его относительно центра кривой смещения:

,

где  - значение коэффициента, при котором насыпь считается устойчивой (в расчетах принято  = 1.2 - 1.5)/

При расчете устойчивости предполагается, что обрушение произойдет по кругло-цилиндрической поверхности и сползающий массив грунта является монолитом.

Коэффициент устойчивости определяется по формуле:

, (11)

где  - коэффициент внутреннего трения грунта;

 - нормальная составляющая веса i-го отсека, т;

- удельное сцепление грунта, т/м²;

- длина кривой смещения i-го отсека, м;

- касательная (тангенциальная) составляющая веса i-го отсека, т;

 - гидродинамическая сила, т.

, (12)

, (13)

где  - объемный вес грунта, т/м³;

 - площадь отсека, м²;

 - угол, образуемый радиусом-перпендикуляром и вектором, соединяющим центр кривой обрушения с точкой приложения сил на поверхности скольжения i-го отсека.

Длина кривой смещения i-го отсека, м, определяется как:

, (14)

где  - центральный угол, соответствующий дуге .

В отсеках, расположенных левее вертикального радиуса, тангенциальные составляющие веса T_i направлены в сторону, противоположную смещению грунта, и являются удерживающими.

Таким образом, одна часть тангенциальных составляющих веса отсеков относится к удерживающим силам T_уд, другая - к сдвигающим T_сдв.

В пойменных насыпях в одних отсеках грунты окажутся сухими (при естественной влажности), в других - частично сухими и частично насыщенными водой. Следовательно подтопленные насыпи имеют разные сдвиговые характеристики. Для оценки устойчивости необходимо найти такую поверхность смещения грунта, при которой коэффициент устойчивости  имеет наименьшее значение. Для этого рассматриваются несколько вариантов возможных кривых обрушения, для каждой из которых определяется коэффициент устойчивости насыпи. Учет действия временной нагрузки и веса верхнего строения пути с водосливной призмой насыпи выполняется заменой нагрузок фиктивными столбиками грунта высотой и .

Временную нагрузку от подвижного состава заменяют фиктивным столбиком грунта высотой , м, которая определяется по формуле:

, (15)

насыпь грунт подвижный нагрузка

где  - интенсивность приложения временной нагрузки от локомотива, т/м²;

 - расчетный объемный вес грунта насыпи при естественной влажности, т/м³.

Высота фиктивных столбиков, заменяющих массу верхнего строения пути , м, определяется по формуле:

, (16)

где  - интенсивность приложения полосовой прямоугольной нагрузки от веса верхнего строения пути, т/м².

Интенсивность приложения полосовой прямоугольной нагрузки от веса верхнего строения пути принимаем для двухпутного участка пути равной 1,54т/м².

Ширина фиктивных столбиков грунта от временной нагрузки равна:

= 2.75м - длине шпалы;

= 8.7м, для двухпутного участка пути.

Временную нагрузку на двухпутных участках пути учитывают двумя фиктивными столбиками грунта на расстоянии L = 4.1м.

После построения графической части графоаналитического метода, предложенного профессором Г.М. Шахунянцем, выполним аналитические расчеты описанные выше.

Расчеты и построения проведем для трех вариантов кривых обрушения.

Для упрощения вычислений расчеты выполним в табличной форме (таблицы 2-4).

2.1 Определение коэффициента устойчивости варианта 1

По данным рисунка 1 и таблицы 2 вычислим  по формуле (11).

Определим  для кривой обрушения из точки №1 по формуле (14):

;

;

.

Тогда  для первой кривой обрушения:

.

Гидродинамическая сила  вычисляется по формуле:

т.

Тогда,

.

2.2 Определение коэффициента устойчивости варианта 2

По данным рисунка 2 и таблицы 3 вычислим  по формуле (11).

Определим  для кривой обрушения из точки №2 по формуле (14):

;

;

.

Тогда  для второй кривой обрушения:

.

Гидродинамическая сила  вычисляется по формуле:

т.

Тогда,

.

Определим  для кривой обрушения из точки №3 по формуле (14):

;

;

.

Тогда  для второй кривой обрушения:

.

Гидродинамическая сила  вычисляется по формуле:

т.

Тогда,

.

Вычисления, произведенные по трем кривым скольжения, показали, что устойчивость насыпи обеспечена, так как все три коэффициента устойчивости , ,  удовлетворяют требованию . Однако окончательное заключение об устойчивости насыпи, можно сделать, построив еще несколько кривых обрушения для точек, расположенных: по оси земляного полотна, под концами шпал, на внутренней бровке насыпи.

В случае, когда условие не выполняется, необходимо принимать меры, к обеспечению устойчивости насыпи. Для каждого случая они индивидуальны. Например, увеличение присыпной бермы, укрепление насыпи в зоне подтопления бетоном, камнем и т.п., установка подпорных стен и т.д.

Заключение

В проекте был выполнен расчет устойчивости насыпи графо - аналитическим методом по кругло - цилиндрическим поверхностям.

Рассмотрены три возможных варианта обрушения насыпи.

Начерчен профиль земляного полотна с основными элементами и линиями возможного обрушения насыпи.

Проанализированы коэффициенты устойчивости и сделан вывод об устойчивости насыпи в зоне подтопления.

Список использованной литературы

1.      «Проектирование и расчет элементов обходного пути». Методические указания для выполнения курсовой работы по специальности «Мосты и тоннели». г. Санкт-Петербург, 2006г.

.        СТН Ц-01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм».

.        «Расчеты земляного полотна железных дорог». Учебное пособие для ВУЗов ж.-д. транспорта. г. Москва, 1998г.