ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ НАСЫПИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ОБЪЕМНЫХ ГЕОРЕШЕТОК

STUDY OF THE STABILITY OF EMBANKMENT SLOPES OF A SUBGRADE WHEN STRENGTHENING VOLUMETRIC GEOGRIDS

Таджибаев Ш.А.

27.09.2023 224

9(114)

18. Транспорт

Цитировать:

Таджибаев Ш.А. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ НАСЫПИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ОБЪЕМНЫХ ГЕОРЕШЕТОК // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 9(114). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/15954 (дата обращения: 22.11.2024).

Прочитать статью:

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены расчетная схема сил, действующих на каждой ячейке георешетки при укреплении откосов насыпи объемными георешетками. Проведен анализ изменения коэффициента устойчивости откосов при укреплении объемными георешетками, с учетом удерживающих сил действующие на каждой ячейке георешетки.

При использовании геосинтетических материалов коэффициенты устойчивости откосов насыпи повысились до 15% и превысили требуемое нормативное значение.

ABSTRACT

This article discusses the calculated scheme of forces operating on each cell of the geogrid when strengthening the slopes of the embankment with volumetric geo -sizes. The analysis of the changes in the stability of the slopes was carried out when strengthening with volumetric geo, taking into account the forces holding forces operating on each cell.

With the use of geosynthetic materials, the coefficients of the stability of the slope of the embankment increased to 15% and exceeded the required normative value.

Ключевые слова: удерживающие силы, коэффициент устойчивости, земляного полотна, откос, укрепление, анкер, удельное сцепление грунта, коэффициент трения грунта, ячейки георешетки, укрепления

Keywords: holding forces, coefficient of stability, subgrade, slope, strengthening, anchor, specific adhesion of soil, soil friction coefficient, geo -reinforcement cell, strengthening

Стратегическими задачами развития АО «Ўзбекистон темир йўллари» на современном этапе является увеличение пропускных и провозных способностей железнодорожных линий, развитие скоростного и высокоскоростного пассажирских сообщений. Решение этих задач требует усиления существующего земляного полотна железных дорог [1].

В районах со сложными природными и грунтовыми условиями Узбекистана все более сложной становится конструкция земляных сооружений. В последние годы одним из наиболее перспективных и широко используемых в транспортном строительстве способов усиления земляного полотна за рубежом стало применение различных видов геосинтетических материалов (геотекстили, геосетки, георешетки, геоячейки, геомембраны, геоматы, геокомпозиты различных видов), производство которых осуществляются и на предприятиях Узбекистана[2-5].

Современные геосинтетические материалы используются при армировании грунтов земляного полотна (рабочая зона насыпи, основная площадка), армировании балластного слоя, разделении балластного слоя и грунта земляного полотна с целью исключения загрязнения верхних слоев балласта мелкими частицами грунта, укреплении откосов и защиты их от эрозии, горизонтальном и вертикальном дренировании грунтов земляного полотна, виброзащите, гидроизоляции, теплоизоляции и др[6-9].

Исследования, проведенные Закировым Р.С.[2] показали, что с рассматриваемых позиций для достижения требуемой надежности полотна необходимо разработка методов выбора конструкции, обеспечение как общей, так и местной устойчивости откоса земляного полотна. Практически не имеется исследований, посвященных проблеме местной устойчивости, а именно проблеме разработки метода расчета толщины слоя, оценки и обеспечения устойчивости поверхностных слоев укрепления откоса, выбора и назначения на ее основе конструкций усиления откосов и основной площадки земляного полотна.

Для расчета коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна используем классическую формулу, разработанной проф. Г. М. Шахунянц [10].

(1)

Отдельно проведем расчеты для определения коэффициента устойчивости откосов насыпи высотой 12 метров в песчаных грунтов без укрепления откосов геосинтетических материалов. Физико-механические характеристики песчаных грунтов приведены в табл.1

По данные табл.1 коэффициента устойчивости откосов насыпи высотой 12 метров в песчаных грунтов без укрепления откосов получено:

Таблица 1.

Физико-механические характеристики песчаных грунтов

Вид грунта

Высота насыпи, м

Ширина основной площадки, м

Заложение откоса

Объемный вес грунта, кН/м³

Сцепление грунта, кПа

Угол внутреннего трения грунта

Барханный песок средней плотности

H_н=12,0

В_оп=7,6

m=2

γ_н = 15,9

С_н= 2

φ = 28º

Коэффициент устойчивости откосов всех случаях должно обеспечиваются допустимых значения

По этому в целях повышения коэффициент устойчивости можно укрепляться откосов насыпи земляного полотна с геосинтетическими материалами (объемная георешетка +геотекстиль). Поперечный профиль насыпи высотой до 12 метров с укреплением геосинтетическими материалами приведена на рис.1.

Рисунок 1. Поперечный профиль насыпи высотой до 12 метров с укреплением геосинтетическими материалами 1-георешетка (объемная), 2-заполнение местным грунтом ячеек георешеток (посевом семян песколюбивых трав), 3- анкер арматурный, 4- геотекстиль нетканый

Для расчета сил, действующих на каждой i-й ячейке георешетки и геотекстиля, предлагаем удерживающие силы от геосинтетических материалов Т_гео, на основе схемы (Рис 1.) получим следующий вид формулы:

(2)

где С_г_i – удельное сцепление грунта ячейки георешетки , кПа;

f_г_i – коэффициент трения грунта ячейки георешетки;

l_г_i – величина основания i-го ячейки георешетки м;

N_г_i – нормальная составляющая веса i-го ячейки георешетки , кН;

P_Г_i – касательные силы каждой i-й ячейке георешетки, кН

При расчете коэффициента устойчивости откосов с укреплением геосинтетическими матераилами необходимо в формулу (1) внести изменения и добавить предлагаемый удерживающих сил Т_геокоторый будет учитывать силы, действующие на каждой i-й ячейке георешетки и геотекстиля.

После этого формула (1) получит следующий вид:

(3)

В целях обеспечения коэффициента устойчивости откосов насыпи высотой 12 метров в песчаных грунтах рассчитаем укрепления откосов с геосинтетическими материалами.

Геометрические размеры объемных георешеток, применимых в экспериментальном исследовании следующие:

Длина ячейки – 200 мм

Ширина ячейки – 200 мм

Высота ячейки – 100 мм

При этом длина откоса насыпи высотой 12 м составляет 26,7 м и на эту длину вместе с обочиной земляного полотна можно разместить в среднем 142 ячеек.

При этом рассчитываются каждые силы в ячейке объемных георешеток. Расчетные результаты коэффициента устойчивости ячеек объемных георешеток, уложенных на откосы при высоте насыпи 12 м приведены в табл.2

Возникают сила сцепления частиц грунтов в каждой i-й ячейке георешетки и геотекстилы значение равняется:

F_c_цг_i =2·0.2·142=56,8 кН

и сила трения в каждой i-го ячейки георешетки и геотекстилы значение равняется:

F_трг_i = 35,89 кН

Таблица 2.

Расчет коэффициента устойчивости ячеек объемных георешеток, уложенных на откосы при высоте насыпи 12 м

Расчётные величины		Значения расчетных величин по ячейкам																Суммы
Расчётные величины		1	2	3	4	5	6	7	….	135	136	137	138	139	140	141	142	Суммы
Основные параметры ячеек	Х_i	19,66	19,46	19,26	19,06	18,86	18,67	18,49	….	4,59	4,77	4,95	5,13	5,31	5,49	5,67	5,85	1171,91
	Sinβ_i=X_i/R	0,61	0,61	0,60	0,59	0,59	0,58	0,57	….	0,14	0,15	0,15	0,16	0,17	0,17	0,18	0,18	36,44
	cosβ_i	0,79	0,80	0,80	0,81	0,81	0,81	0,82	….	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,99	0,98	0,98	134,56
Площади частей ячеек	ω_i	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	….	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	0,02	2,56
Веса частей ячеек	ɣ_ср ω_i	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	….	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	2,556
Веса ячеек кН	Q_i=Σ ω_i	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	….	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	2,556
Касательные силы Кн	T_i=Q_i sinβ_i	0,011	0,011	0,011	0,011	0,011	0,010	0,010	….	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	0,003	24,7
Нормальные силы, кН	N_i=Q_icosβ_i	0,014	0,014	0,014	0,014	0,015	0,015	0,015	….	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	2,422
Cилы трения, кН	f N_i	0,014	0,014	0,014	0,014	0,015	0,015	0,015	….	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	0,018	41,27
Длины оснований ячеек, м	l_i	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	….	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	28,4
Длины оснований ячеек, м	l_осн	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Силы сцепления, кН	cl_i	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	….	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	65,32
Силы сцепления, кН	сl_осн	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	65,32

А также в каждой i-й ячейке георешетки и геотекстилы возникают касательные силы и значение равняется:

P_г_i= 21,479 кН

удержиющих сила Т_гео будет равно:

Т_гео =56,8+21,479+35,89 = 114.2 кН.

Для обеспечения коэффициента устойчивости откосов насыпи в песчаных грунтах используем новых полученных формуле (3) с учетом удержиющих сила Т_гео:

Результаты коэффициента устойчивости откосов насыпи в песчаных грунтах высотой 12 метр с учетом удерживающих сила Т_гео обеспечивается.

С учетом удерживающих сила Т_гео коэффициента устойчивости откосов насыпи рассчитали в песчаных грунтах

Графики коэффициента устойчивости откосов насыпи с учетом удерживающих сила Т_гео в песчаных грунтов приведены на рис.4.

Рисунок 4. Графики коэффициента устойчивости откосов насыпи с учетом удерживающих сила Т_гео в песчаных грунтов

Заключение

Коэффициент устойчивости откосов насыпи земляного полотна всех случаях должно обеспечиваются допустимых значения
Объемные георешетки успешно применяются при строительстве железных дорог во многих странах мира. В основном их использует для укрепления откосов насыпей, выемок и конусов железнодорожных мостов. Защита откосов и склонов насыпей является серьезной проблемой в железнодорожном строительстве.
Георешетки предназначены для объемного армирования грунта или материала заполнителя с целью образования композитного слоя «грунт (материал) плюс георешетка», обладающего улучшенными по отношению к заполнителю эксплуатационными свойствами.
Теоретические расчеты показывают, что требуемое значение коэффициента устойчивости откосов с учетом коэффициента Т_гео в разных грунтах во всех случаях обеспечивается.
Рассмотренный метод укрепляет конструкции откосов насыпи с использованием геосинтетических материалов для улучшения теоретических результатов. Коэффициенты устойчивости откосов насыпи повысились до 15% и превысили требуемое нормативное значение.

Список литературы:

Лесов К.С., Таджибаев Ш.А., Кенжалиев М.К., МавлановА.Х. Ресурсосберегающие конструкции усиления земляного полотна из песчаного грунта. Архитектура. Строительство. Дизайн. (научно - технический журнал) Ташкент, ТАСИ 2020 г., №3-4 С.335-341.
Закиров Р. С., Омаров А.Д. Противодеформационное укрепление земляного полотна из песчаного грунта в Казахстане. Алматы: «Ғылым», 1999- 164 с.
Лесов К.С., Мирахмедов М.М., Таджибаев Ш.А. Мировой опыт применения геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна. Архитектура. Строительство. Дизайн. Научно-практический журнал. №2, 2019. Ташкент. ТАСИ. С. 194-197.
ОДМ 218.5.005-2010 Классификация, термины, определения геосинтетических материалов применительно к дорожному хозяйству
ISO 10318:2005 Geosynthetics–Terms and definitions (Геосинтетическиематериалы. Термины и определения)
СП 32.104–98. Свод правил. Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. – М.: Госсторой РФ, 1999. – 95 с.
Свод правил СП 78.13330.2012. Автомобильные дороги, Актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85.
ОДМ 218.5.003-2010 «Рекомендации по применению геосинтетических материалов при строительстве и ремонте автомобильных дорог» от 01 февраля 2010 г. №71-р.
Руководство по применению полимерных материалов для усиления земляного полотна при ремонте пути / МПС России. М.: ИКЦ «Академкнига», 2002 г. – 110с.
Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: учебник для вузов ж.-д. трансп. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1987. – 479 с.