Файл: Дегтяренко, В. Н. Автомобильные дороги промышленных предприятий учеб. пособие.pdf

Наиболее часто встречающимися деформациями насыпей яв- -ляются просадки, сплывы п оползни откосов, сдвиг по основанию на косогоре, расползание насыпи, выемок — сплывы и оползни, обвалы и осыпи откосов.

Прочность земляного полотна в значительной мере зависит от заложения откосов.

Рассмотрим условия равновесия частички грунта весом «р», находящейся на откосе, имеющем угол по отношению к горизон­ тали, равный а (рис. 39). Сдвигающее усилие равно psina, удерживающее зависит от коэффициентов сцепления грунта «с» и угла внутреннего трения ср и равно pcoSaJgip+c. Условие рав­ новесия частички грунта может быть выражено равенством

'90

psina=pcosaigcp+c. (86)

разделим левую и правую части на величину pcosa и заменим вес частички грунта «р» его значением yh, где к — высота стол­ бика единичного сечения, у — объемный вес грунта.

Тогда

Для связных грунтов, где величина оцепления между час­ тичками грунта значительно превышает силу трения, величиной внутреннего трения /gep можно пренебречь. Тогда уравнение от­ коса для связных грунтов примет вид

y h c o s a ’

видно из уравнения (88), форма равнопрочного откоса — сину­ соида. Практически такая форма трудно выполнима и заменя­ ется прямой или ломаной линией (для насыпей выше 6 м, рис. 40, а).

Для песчаных и других сыпучих грунтов сцеплением можно пренебречь. Устойчивость откоса будет зависеть только от тре­

Как видно из уравнения (89), угол откоса для сыпучих грун­ тов не зависит от высоты насыпи и равен углу внутреннего трения грунта.

Из уравнения (88) видно, что для низких насыпей откос может быть круче, чем для высоких. Устойчивость откоса мож­ но повысить устройством берм, разделяющих насыпь на несколь­ ко участков, каждый из которых может рассматриваться как самостоятельная насыпь малой высоты (см. рис. 40, б).

Наиболее опасной деформацией, связанной с величиной угла откоса, является скольжение (обрушение) значительного объема

91

земляной массы (рис. 41). Это явление аналогично естественным оползням. Наблюдения показывают, что линия скольжения в. поперечном сечении криволинейна, по форме близка к циклоиде.

Существует несколько методов проверки устойчивости отко­ са против обрушения. В практике обычно применяется графоана­ литический метод, при котором наиболее вероятная кривая скольжения определяется путем графических построений с ана­ литической проверкой степени устойчивости грунта. При этом условно считается, что скольжение происходит по цилиндриче­ ской плоскости, проходящей через основание у подошвы откоса.

а;

Рис. 40. Откосы насыпи:

а — с переменным заложением откоса, б — с устройством берм.

92

Наблюдения показывают, что наиюодее вероятным местом по­ ложения центра кривой скольжения является линия, соединяю­ щая точки А и В (рис. 42). Точка А расположена на глубине Н, равной высоте откоса, на расстоянии 4,5 Я от подошвы откоса. Точка В находится на пересечении линий, проведенных под углом ßi к откосу и ß2 — к горизонтали, проведенной через бров­ ку земляного полотна. Значения углов ß зависят от крутизны откоса (табл. 19).

Таблица 19

Зависимость расчетных величин от крутизны откоса

93

Из произвольной точки, расположенной на линии центров AB (например, О]), проводим круговую кривую, проходящую через подошву насыпи. Нагрузка от подвижного состава заменяется равномерной, по всей ширине проезжей части. Для удобства рассматриваем сечение «асытаі длиной 1 м.

Рис. 42. Схема к определению центра кривой наиболее вероятного скольжения грунтовой массы.

Разбиваем сечение земляного полотна, ограниченное кривой скольжения, на отдельные участки. Вес каждого Р« будет равен его площади, умноженной на объемный вес грунта. Считаем, что «столбики» могут свободно передвигаться относительно друг друга. Разложим вес столбика грунта на нормальную АС и тан­ генциальную Тп составляющие (см. рис. 41). Сдвигающим грун­ товый «столбик» моментом будет

Для всей грунтовой массы элементарные моменты необходи­ мо суммировать с учетом их знаков. Сдвигающие моменты для «столбиков», расположенных слева от вертикального радиуса (см. рис. 41), способствуют устойчивости земляного полотна к при суммировании принимаются со знаком «минус».

94

\

Коэффициент устойчивости

R 2 N J g < p + R 2 l c

К'и —

Сократив правую часть на R, заменив LI через L, tgср через fr а Тп и Nп соответственно через Pnsmau, Pncosv-n получим

f 2 P nc o s a n+ c L

(92)

SPuSi/Шп

Коэффициент устойчивости определяется при положении центра вращения в точках О2, 0 3. Во всех трех точках, в произ­ вольном масштабе, откладываем значения полученных коэффи­ циентов, строим кривую, находим ее минимум, соответствующий наименьшему коэффициенту устойчивости при положении цент­ ра вращения на прямой AB.

Через полученную точку /сшы проводим прямую, перпендику­ лярную линии центров AB. Двигаем центр вращения по этой прямой для уточнения места положения центра вращения с наи­ меньшим коэффициентом устойчивости.

Полученный таким образом наименьший коэффициент не должен быть меньше заданного (1,5—2,0).

Рис. 43. Устойчивость подтопленного откоса насыпи при снижении уровня воды на пойме.

95

Если насыпь подтопляется водой, расчет усложняется. В каждом элементе учитывается вес сулой п мокрой части «стол­ бика». Дополнительно учитывается опрокидывающий момент, образующийся от силы гидродинамического давления при пони­ жении уровня затопления.

В пределах подтопленной части насыпи значительно изменя­ ются силы сцепления, трения в грунте. Методика расчета оста­ ется прежней, схема приведена на рис. 43.

§ 45. Расползание земляного полотна

Если боковое давление одной половины насыпи на другую превышает сопротивление сдвигу по основанию, происходит расползание насыпи (рис. 44).

бокового давления, определяемый лабораторным путем. Удер-

L

живает насыпь сцепление грунта с основанием, равное с —

Коэффициент устойчивости насыпи равен отношению удержи­ вающей силы к сдвигающей

9 6

Для увеличения устойчивости следует увеличить L, т. е. уширить подошву насыпи, сделать откосы ее более пологими.

§46. Устойчивость земляного полотна, расположенного на косогоре

\

Рис. 45. Сползание насыпи по откосу.

При расположении земляного полотна на косогоре с заложе­ нием менее 1 : 5 (рис. 45) устойчивость против сползания прове­ ряется по формуле

где Ь — ширина'насыпи поверху, м; Я — высота насыпи, м;

т— коэффициент заложения откоса;

у— объемный вес грунта, т/м3;

а — угол уклона косогора;

L — ширина подошвы насыпи, м; . • с — коэффициент сцепления грунта;

/ — коэффициент трения грунта по грунту, равный tgcp, где ср — угол внутреннего трения грунта. • Повышение устойчивости насыпи против сползания может

быть произведено снятием слоя дерна под насыпью, продольной

что должно быть учтено в расчете соответствующими значения­ ми коэффициентов трения и сцепления.

Если условие равновесия нарушается, необходимо прибегать к более сложным мерам защиты земляного полотна, вплоть до. устройства подпорных стенок.

Г л а в а XII

ВОДНО-ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

ИЗАЩИТА ЕГО ОТ ПЕРЕУВЛАЖНЕНИЯ

§47. Источники увлажнения земляного полотна

Источниками увлажнения являются: осадки, выпадающие в виде дождя, вода', конденсирующаяся из воздуха, а также обра­ зующаяся от таяния снега и Льда, грунтовая вода, поднимаю­ щаяся в виде капиллярной, пленочной и парообразной.

В тело земляного полотна вода просачивается сверху или поднимается снизу. В общем виде схема увлажнения грунта показана на рис. 46. Эта схема различна для разных районов страны, изменяется в разное время года. Наиболее существен­ ными факторами, влияющими на водно-тепловой режим, явля­ ются осадки, колебания температуры воздуха, изменения атмос­ ферного давления, ветер. Под их воздействием, и происходит изменение влажности и температуры в разных слоях земляного полотна по определенному, характерному для данной климати­ ческой зоны циклу.

Этот іцикл .необходимо установить с достаточной точностью, так как модуль деформации грунтового основания дороги нахо­ дится в прямой зависимости от водно-теплового режима. На рис. 47 дана схема цикла водно-теплового режима, характерно­ го для зоны переменного увлажнения. Как видно из рисунка, влажность, а вместе с нею и модуль деформации колеблется

98

Рис. 47. Графики водно-теплового режима земляного полотна.