Часть 2. Расчет устойчивости пойменной насыпи

2.1 Проектирование поперечного профиля пойменной насыпи

Ширину основной площадки земляного полотна для двухпутного участка 1 категории принимаем равную 11,7 м.

Ширину насыпей поверху на расстоянии 10 м от задней грани устоев больших мостов необходимо увеличить не менее чем на 0,5 м в каждую сторону от оси полотна с переходом на нормальную ширину на последующих 15 м.

Крутизну откосов насыпи, проверяемой расчетом на устойчивость, устанавливаем, исходя из соображений: верхняя часть высотой до 6 м — крутизна откосов 1:1,5; средняя высотой 6-8 м –с крутизной откосов 1:1,75 и нижняя часть — с крутизной откосов 1:2

Для связных грунтов, в зависимости от высоты насыпи и условий ее работы, выбирается либо поперечный профиль с последовательным уположением откосов, либо профиль с присыпкой бермы. Последний вариант может быть рекомендован для пойменных насыпей. При этом ширина бермы поверху колеблется от 2 до 13 м

Далее необходимо убедиться, удовлетворяет ли техническим требованиям положение низовой бровки бермы относительно ГВВ. Для этого определяется величина запаса на незатопление h₃ по формуле

(2.1.1)

где

2.2 Определение расчетных характеристик грунта

К расчетным характеристикам грунта, влияющим на устойчивость земляного полотна, относятся: влажность грунта, объемный вес, удельное сцепление, коэффициент пористости, угол внутреннего трения.

2.2.1 Характеристики грунта части насыпи, находящейся при естественной влажности

Объемный вес грунта, т/м³ при естественной влажности находится расчетом тела насыпи на уплотнение, при котором будут возникать лишь упругие деформации, и может быть определен по формуле

(2.2.1.1)

т/м³

W_н — влажность грунта в процентах от веса скелета (весовая влажность грунта в теле насыпи);

Коэффициент трения грунта насыпи при естественной влажности

_(2.2.1.2)

где φ_н — угол внутреннего трения грунта насыпи, град.

Удельное сцепление грунта насыпи С_н = 2,1 т/м².

2.2.2 Характеристики грунта низовой обводненной части пойменной насыпи.

В период затопления поймы насыпь подтопляется паводковыми водами, что создает специфику ее работы. В зоне фильтрующего потока появляются дополнительные силы взвешивания, направленные вертикально вверх, влияющие на устойчивость насыпи. Кроме того, при обводнении грунта снижаются его сдвиговые характеристики — коэффициент трения и удельное сцепление.

Объемный вес грунта насыпи, т/м³, определяется по формуле

(2.2.2.1)

т/м³

— коэффициент пористости грунта, который при упрощенных расчетах определяется из выражения

где γ_у —удельный вес грунта насыпи, т/м³;

Коэффициент трения грунта

Удельное сцепление грунта

С_ВН = 0,5С_Н (2.2.2.4)

С_ВН = 0,5*2,1=1,05 т/м²

2.2.3 Характеристики грунта обводненного основания пойменной насыпи.

Объемный вес грунта основания насыпи, т/м³, взвешенного водой, определяется зависимостью

т/м²

_о—расчетный коэффициент пористости грунта основания насыпи.

Коэффициент пористости грунта основания насыпи определяется по формуле

где γ_он — объемный вес грунта основания насыпи при определенной влажности, т/м³;

W_он — влажность грунта основания насыпи, %.

Сдвиговые характеристики грунтов в обводненном состоянии принимаются:

коэффициент трения:

где φ_он — угол внутреннего трения грунта основания насыпи в естественном состоянии, град.;

удельное сцепление грунта

С_вон = 0,5С_он (2.2.3.4)

С_вон = 0,5*2,2 = 1,1 т/м²

где С_он —удельное сцепление грунта основания насыпи (в состоянии естественной влажности), т/м².

По условиям работы пойменных насыпей период подтопления можно разделить на два этапа: во время подъема внешних горизонтов поток воды направлен внутрь насыпи, во время спада — из насыпи в сторону откосов. Этот период является наиболее опасным, так как к снижению сдвиговых характеристик добавляется отрицательное влияние гидродинамических сил, действующих в направлении движения воды.

Гидродинамическая сила D, т, определяется по формуле

где γ_в — объемный вес воды, т/м³ (γ_в = 1);

I₀ — средний уклон кривой депрессии для данного грунта или средний гидравлический градиент;

V — объем грунта, в котором действует сила D, м³.

Так как все расчеты ведутся на 1 пог. м длины откоса насыпи, можно полагать, что

где — площадь части сползающего клина, насыщенная водой, м².

Тогда

Расчёты по вычислению коэффициента устойчивости сведены в таблице 2.1