Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

которая считается отрицательной, если происходит сжатие в направ­ лении Oi, ц>( — угол междучастичного трения с учетом перестройки структуры; Cf — коэффициент, эквивалентный обычному сцепле­ нию.

При незначительных деформациях плотных или упрочненных зер­

деформировании рыхлого материала, когда длина отдельных путей скольжения зерен становится существенной по сравнению с их разме­

известным фактом, что теория Кулона — Мора хорошо оправдывается применительно к мелкозернистым грунтам, которые 'не проявляют

определяли независимыми испытаниями, можно было проверить при­ менимость этого выражения [77, 87, 88]. Условие (11.57) подвергли Также тщательной экспериментальной проверке в Кембриджском уни­ верситете в 1965—1969 гг. благодаря работам К. Роско [86] и Э. Коула [73], выполнивших более 170 испытаний песка на трехосное сжатие. Сопоставление подтвердило теорию П. Роу.

137

Поэтому, принимая во внимание, что теория П. Роу является в на­ стоящее время наиболее обоснованным развитием теории прочности Кулона — Мора с учетом дилатансии зернистых материалов, пред­ ставляется целесообразным использовать условия (11.56) и (11.57) для оценки предельного состояния зернистых материалов промежуточ­ ных слоев дорожных одежд.

Очевидно, эффект Рейнольдса необходимо принимать во внимание не только при оценке предельного равновесия зернистых материалов, но и при анализе напряженного состояния дорожных одежд, имеющих промежуточные зернистые слои.

При деформировании одежды с промежуточным слоем из плотного (упрочненного) зернистого материала этот материал, стремясь уве­ личить свой объем, встречает сопротивление окружающих слоев. Приращение объема, необходимое для развития сдвиговых деформаций вблизи оси симметрии нагрузки, где действуют наибольшие напряже­ ния т ш а х , реализуется главным образом за счет боковых (в горизонталь­ ном направлении) зон зернистого слоя. В горизонтальном направлении возникают дополнительные усилия, как бы повышающие «распорность» зернистого материала. Как известно из механики зернистых сред [23], при этом коэффициент распределительной способности возрастает, что и было отмечено выше при анализе результатов испытаний двухслой­ ных и трехслойных моделей с измерением напряжений под зернистым слоем и с сопоставлением экспериментальных данных с решением сме­ шанной задачи. Таким образом, благодаря частичному «защемлению» зернистого материала в промежуточном слое одежды в каждом гори­ зонтальном ряду в процессе деформирования вовлекается тем большее число зерен, чем сильнее ограничена возможность увеличения объема материала этого слоя.

Именно об этом косвенно свидетельствует повышение коэффи­ циента распределительной способности промежуточного щебеночного слоя по сравнению со случаем, когда этот слой является самым верх­ ним в одежде.

Для непосредственной проверки этого положения в Ленфилиале Союздорнии были проведены две серии опытов на моделях, аналогичг ных описанным выше. В опытах первой серии штамп устанавливали на свободную поверхность слоя щебня, лежащего на грунтовом массиве, а вторую серию опытов проводили с уложенной поверх щебеночного слоя пластиной из органического стекла, ограничивающей возмож­ ности изменения объема щебеночного слоя. При этом штамп устанав­ ливали на поверхность щебеночного слоя через отверстие в пластине. Перемещение пластины вверх предотвращали жесткими упорами по контуру. Каждую ступень нагрузки выдерживали до затухания вер­ тикального перемещения штампа, после чего измеряли вертикальные нормальные напряжения в грунтовом основании с помощью заложенных в него тензометрических датчиков, а затем производили разгрузку. Таким образом, в опытах первой серии возможность увеличения объема зернистого слоя была не ограничена, а во второй он как бы работал в условиях частичного «защемления» между грунтовым основанием и верхней пластиной с отверстием для штампа.

138

Исходя из данных об осадке штампа в обеих сериях опытов опреде­ ляли модули упругости системы щебень — грунт при различных усло­ виях работы щебеночного слоя. Затем на основе решения теории упру­ гости для двухслойного упругого полупространства при известном модуле упругости грунтового основания вычисляли значения модулей упругости щебеночного слоя. Оказалось, что полученное расчетом значение модуля для щебня, работавшего в условиях «защемления», более чем в 4 раза превышало величину модуля этого же материала при отсутствии «защемления».

На рис. 11.56 кружками показаны измеренные напряжения: незалитые кружки — напряжения при свободной поверхности щебня, залитые — при «защемленном» щебеночном слое. Радиус кружков — утроенное среднеквадратичное отклонение от арифметического сред­ него для всех повторных опытов. Сплошными линиями на рис. 11.56 показаны значения относительных вертикальных нормальных напря­ жений от действия нагрузки, равномерно распределенной по площади круга, вычисленные в соответствии с решениями теории упругости для однородного полупространства (кривая 1) и для упругого двух­ слойного полупространства с найденными описанным выше путем величинами модулей слоев (кривая 2).

Можно видеть, что измеренные напряжения в грунте при «защем­ ленном» щебеночном слое приблизительно в 2 раза меньше соответст­ вующих их значений при свободной поверхности щебня и расположены они ближе к значениям напряжений, вычисленных для двухслойной системы.

Полученные результаты хорошо согласуются с приведенными выше данными о величинах коэффициента распределительной способности промежуточного зернистого слоя по сравнению с его распределитель­ ной способностью в том случае, когда этот слой является верхним в конструкции.

Отметим, что даже в условиях однородного напряженного состоя­ ния зернистого материала объемная деформация разрыхления оказы­ вается частично обратимой [81, 87].

При работе же слоя из зернистого мате­ риала в дорожной одежде приложение повторных нагрузок от колес автомо-

двухслойного полупространства при Ящебня/Ягрувта-Ш

139

по величине и направлению от возникавших при предыдущем проходе. В этих условиях роль обратимой дилатансии повышается. Поэтому эффект Рейнольдса необходимо принимать во внимание и при оценке воздействия повторных нагрузок на дорожные конструкции, имеющие зернистые слои.

§ 11.16. Пути учета дискретной структуры зернистых материалов при расчетах дорожных одежд

Создание в должной степени обоснованного метода расчета дорож­ ных одежд с промежуточными зернистыми слоями по существу сводит­ ся к решению двух вопросов: учет дискретной структуры зернистых материалов при оценке распределительной способности слоев из этих материалов с целью определения вертикальных прогибов и напряже­ ний, возникающих во всех слоях конструкции и в подстилающем грун­ те; учет дискретной структуры зернистых материалов при расчете их на прочность из условия предельного равновесия.

Как было показано, основным фактором, влияющим на поведение зернистых материалов в промежуточных слоях дорожных одежд, связанным с дискретностью структуры этих материалов, является эффект дилатансии.

Свойство упрочненного зернистого материала, заключающееся в его способности увеличивать объем при деформировании, может быть от­ ражено при рассмотрении зернистого слоя как сплошной упругой среды путем подстановки в расчетные зависимости теории упругости повышенных значений коэффициента Пуассона. Чтобы устано­ вить, какими именно числовыми значениями коэффициента Пуассона характеризуются зернистые материалы, обратимся прежде всего к ранее рассмотренным экспериментальным данным, полученным при испытании образцов этих материалов на приборах трехосного сжатия.

Из кинематических соотношений, используемых, в частности, в тео­

где г± — относительная деформация.

Выражение (11.59) позволяет находить коэффициент Пуассона по данным испытаний образца зернистого материала на трехосное сжатие. Как следует из результатов этих испытаний (кривая 7 рис. 11.55), для плотного зернистого материала относительное изменение объема

у связано с е х практически линейной зависимостью вплоть до мо­ мента разрушения образца. Поэтому можно считать, что для данного

140