Файл: Конструирование и расчет нежестких дорожных одежд..pdf

вычисленный по формуле (11.60), не зависит от величины а и не выхо­ дит за пределы р, = 0,72—1. Из результатов опытов, поставленных А. С. Строгановым в НИИ оснований и подземных сооружений Гос­ строя СССР [61 ], следует, что для рыхлого песка р, -= 0,56, а для плот­ ного [х = 0,74.

„ Таким .образом, экспериментально полученные величины коэф­ фициентов Пуассона для песка по данным различных исследователей превышают р. = 0,5. К аналогичному выводу приводит обработка имею­ щихся экспериментальных данных для гравийных материалов, сталь­ ной дроби и стеклянных шариков.

Увеличение коэффициента Пуассона какого-либо слоя системы должно при расчетах привести к уменьшению величин напряжений в нижележащих слоях и подстилающем полупространстве. Так, при­ няв для «защемленного» щебеночного слоя модели, результаты испы­ таний которой показаны на рис. 11.56, коэффициент |х = 0,85 (вместо ранее принимавшегося р, = 0,25), получим, что это эквивалентно приблизительно четырехкратному увеличению его модуля упругости. При этом результаты расчетов (кривая 2 на рис. 11.56) хорошо согла­ суются с опытными данными.

Следовательно, дискретность структуры зернистых материалов может найти свое отражение при оценке напряженного состояния дорожных одежд, если основное свойство этих материалов — эффект расширяемости — будет учтено надлежащим образом при назначении расчетных значений коэффициентов Пуассона.

В качестве наиболее обоснованного критерия прочности слабосвяз­ ных зернистых материалов дорожных одежд следует рассматривать условие предельного равновесия при сдвиге. Дискретность структуры зернистых слабосвязных материалов может быть учтена при этом заменой обычно применяемого условия Кулона — Мора на условие прочности П. Роу, учитывающее дилатансию этих материалов.

Условие П. Роу (11.56) и (11.57) можно преобразовать с тем, чтобы учесть дилатансионные свойства зернистого материала с помощью коэффициента Пуассона, используемого и при вычислении величин напряжений.

141

Так как для осесимметричного напряженного состояния в точках, принадлежащих оси симметрии, е2 = е3 , то в соответствии с равенст­ вом (11.59) можно записать

Таким образом, в приводимых условиях прочности фигурирует угол внутреннего трения, определенный с учетом энергии, затрачен­ ной только собственно на внутреннее трение, а эффект дилатансии учитывается с помощью коэффициента \i, входящего также и в реше­ ние теории упругости, используемое при вычислении действующих напряжений. Это позволяет значительно упростить составление но­ мограмм для расчета конструкций по условию местного предельного равновесия.

Величины \х и (ff подлежат экспериментальному определению для различных слабосвязных дорожно-строительных материалов с по-, мощью приборов трехосного сжатия. Причем при нормировании рас­ четных значений \х придется учитывать также степень «защемления» материала в конструкции в зависимости от жесткости вышележащих конструктивных слоев, воздействия повторных нагрузок и др.

Таким образом, при разработке в должной степени теоретически обоснованного метода расчета дорожных одежд с промежуточными зернистыми слоями целесообразно:

1. Использовать для вычисления напряжений и перемещений имеющиеся решения теории упругости, полагая для материалов про­ межуточных зернистых слоев коэффициент Пуассона равным его ве­ личине, найденной из результатов испытаний на трехосное сжатие,

сучетом условий «защемления» его- в одежде.

2.Для проверки условия местного предельного равновесия при сдвиге в слоях из слабосвязных зернистых материалов использовать условие вида (11.56) либо (11.63).

Эти положения позволят учесть дискретные свойства зернистых материалов и отразить явление дилатансии в расчетных уравнениях.

В настоящее время, пока не создан в должной мере теоретически обоснованный метод расчета, рекомендуется рассчитывать промежу­ точные слои из зернистых материалов полуэмпирическим методом, изложенным в гл. 8. Этот метод хорошо согласуется с эксперименталь­ ными данными и опытом службы дорожных одежд.

142

§ 11.17. Общие принципы назначения расчетных характеристик

При проектировании дорожных одежд с капитальными и усовер­ шенствованными облегченными покрытиями, которые рассчитывают на работу в стадии обратимых деформаций, используют две группы расчетных характеристик — прочностные и деформационные. Де­ формационными характеристиками грунтов земляного полотна и всех видов материалов конструктивных слоев одежды являются модуль упругости Е и коэффициент Пуассона р. В качестве прочностных ха­ рактеристик используют:

для грунтов земляного полотна и слабосвязных материалов кон­ структивных слоев одежды — значения параметров, характеризую­ щих сопротивление сдвигу — сцепление с и величину угла внутрен­ него трения Ф;

для монолитных материалов на базе твердых органических, а также неорганических вяжущих, где имеются достаточно прочные и при том невосстанавливающиеся связи между частицами (асфальтовый бетон, материалы и грунты, укрепленные цементом, и т. п.) — сопротивле­ ние растяжению при изгибе Ra3r.

Все характеристики являются физически реальными величинами. Большинство из них возможно уже сейчас устанавливать путем не­ посредственных испытаний грунтов и материалов.

Расчетные характеристики грунтов и ряда материалов сильно за­ висят от их состояния в расчетный период — влажности, плотности, а также температуры (битумоминеральные материалы). За расчетный принимают период, когда прочность и жесткость грунта, а также одеж­ ды в целом достигают наименьших значений.

В отличие от имевшей место ранее практики нормирования рас­ четных характеристик следует считать целесообразным перейти к нор­ мированию характеристик для грунта и отдельных материалов в два этапа. Сначала устанавливают расчетное состояние грунта или мате­ риала в данных условиях, а затем при известном уже расчетном со­ стоянии назначают величины прочностных и деформационных расчет­ ных характеристик. Такой порядок позволяет значительно более обоснованно назначать необходимые при проектировании расчетные характеристики. Появляется возможность раздельно совершенство­ вать, с одной стороны, способы прогнозирования расчетного состояния грунта или материала в конкретных местных условиях, с другой — методы определения значений расчетных характеристик при данном расчетном состоянии.

Оказывается также возможным определять в каждом отдельном случае значения прочностных и деформационных характеристик путем испытания грунтов и материалов при известном расчетном их состоя­ нии. Последний способ следует считать на сегодняшний день наиболее

143

надежным, так как при этом имеется возможность учесть особенности свойств реальных грунтов и материалов.

Но непосредственные испытания сравнительно трудоемки, и пока оказывается Целесообразным использовать их главным образом на стадии рабочего проектирования, а также в условиях, сильно отли­ чающихся от широко распространенных.

При массовых расчетах приходится сейчас пользоваться табличны­ ми значениями прочностных и деформационных характеристик. Их получают в результате обобщения данных большого количества испы­ таний. Табличные значения прочностных характеристик представляют часто встречающиеся минимальные их значения в соответствующих условиях (дабы гарантировать необходимую надежность конструкций), а деформационных — часто встречающиеся средние их значения.

Табличные значения расчетных характеристик по мере накопления экспериментальных данных должны уточняться и дифференцироваться. Это один из путей дальнейшего повышения эффективности метода расчета.

§ 11.18. Расчетное состояние грунтов и материалов

Влажностный режим земляного полотна определяется очень боль­ шим числом факторов как природных, так и конструктивных и экс­ плуатационных. Состояние теории в этой области не позволяет пока, за отдельными лишь исключениями, исчерпывающе оценить влияние

расчетных влажностей приходится пока ориентироваться главным образом на результаты наблюдений на эксплуатируемых дорогах.

В табл. II.6 обобщены имеющиеся в настоящее время данные о зна­ чениях расчетных влажностей грунта в земляном полотне автомобиль­ ных дорог с усовершенствованными покрытиями:

Нужно особо подчеркнуть, что приводимые значения расчетных влажностей действительны лишь в том случае, если земляное полотно уплотнено,до требуемого состояния, имеет установленные техниче­ скими условиями размеры и предохранено от избыточного увлажнения. В иных условиях влажность грунта может достигать границы теку­ чести, а иногда даже превышать ее и нормированию пока не под­ дается .

Значения влажности грунтов в таблице следует рассматривать как наибольшие, часто встречающиеся в верхней части земляного полотна в данных климатических зонах и условиях увлажнения местности. Их следует в дальнейшем.корректировать с учетом местных особен­ ностей (микроклимат, свойства грунтов, условия водоотвода, спе­ циальные мероприятия по регулированию водного режима и др.). Основным источником необходимых для этого данных являются соз­ даваемые на дорогах стационарные станции и посты, оснащенные совре­ менным оборудованием для подробного изучения водно-теплового режима.

144

Расчетные влажности в таблице приведены при толщине дорожной одежды около 50 см. Когда одежда (стабильный слой) имеет большую толщину, влагонакопление в верхней части земляного полотна, свя­ занное с увеличением объема грунта при промерзании (пучением), происходит менее интенсивно благодаря большей пригрузке. В этом случае расчетную влажность (для условий, оконтуренных в таблице) устанавливают с помощью номограммы рис. 11.57.

145