1.3.2. Расчётная схема и действующие нагрузки.

На расчётной схеме рис.1.4 изображена основная часть насыпи, высота которой определяется как разность, с учётом того при устройстве защитного дренирующего слоя под балластом проектная бровка превышает профильную на высоту сливной призмы и толщину песчаной подушки, то есть Г_пр увеличивается на 0,35 м для однопутного участка:

Н_нас = Г_пр – Г_з (1.10)

Н_нас = 401,67 + 0,7/2 – 387,75 = 14,27 м

H_p= Н_нас – h_{з сл} = 14,27 – 0,7 = 13,57 м

На основной площадке показывается действующее давление в виде полосовых прямоугольных напряжений от подвижного состава и верхнего строения пути.

Интенсивность вибродинамической нагрузки от подвижного состава определяется по формуле:

(1.11)

где P – осевая нагрузка для тепловоза ТЭП70, (220 кН); /прил. В, 1/

n – число осей в тележке (3); /прил. В, 1/;

l_жб – длина жёсткой базы тележки, (4,3 м); /прил. В, 1/;

b₀ – длина шпалы, (2,75 м).

Р_о=(1,3*220*3)/(4,3*2.75) = 72,56 кПа

В расчет предлагается принять Р_о = 80 кПа, как перспективная нагрузка на грунт.

Давление от веса верхнего строения пути и ширину полосовой нагрузки можно назначить по таблице 1.5 /1/ с учетом типа рельсов и рода шпал, которые следует принять для линии IV категории с типом рельс Р50 и деревянными шпалами.

Рис 1.4 Расчетная схема к определению требуемой плотности грунта насыпи.

1.3.3. Расчет необходимой плотности грунта насыпи.

Первая расчетная точка 0’ находится на расстоянии 0,7 м от основной площадки насыпи, сложенной пылеватой супесью (рис.1.4).

Для точки 0’: (на основной площадке)

σ_γ-о = 0;

σ_а-о = Р_вс = 30,4 кПа;

σ_о-о = Р_вс + Р_о = 30,40 + 80 = 110,40 кПа.

Из графика компрессионной кривой:

е_ан-о = 0,759 е_он-о = 0,712

е_ар-о = 0,655 е_ор-о = 0,641

∆σ_а-о = 0,104, ∆σ_о-о = 0,071.

К_о=1,6;

е_о-о = 0,759 – 1,6(0,104 – 0,071) = 0,706;

ρ_d-о = 2,69/(1 + 0,706) = 1,577 т/м³;

γ_о =1,577(1 + 0,160)9,808 = 17,940 кН/ м^3.

Для точки n: (в подошве насыпи)

γ^|_n = 17,940 + 0,05*13,570 = 18,619 кН/м³;

σ_γ-n = (17,940 + 18,619) 13,570/2 = 248,053 кПа;

σ_вс-n = 0,2*30,4 = 6,080 кПа;

σ_р-n = 0,2*80 = 16 кПа;

К_n = 1,1;

σ_а-n = 6,080 + 248,053 = 254,133 кПа;

σ_о-n = 295,562 + 16 = 270,133 кПа.

Из графика компрессионной кривой:

е_ан-n = 0,652 е_он-n = 0,647

е_ар-n = 0,624 е_ор-n = 0,622

∆е_а-n = 0,029 ∆е_о-n = 0,025.

е_о-n = 0,652 – 1,1(0,028 – 0,0 25) = 0,649;

ρ_d-n = 2,69/(1 + 0,649) = 1,631 т/м³;

γ_n = 1,631(1 + 0,16)9,808 = 18,556 кН/м³.

_{Проверка:}

|18,619 – 18,556 | = 0,063, следовательно, проверка не выполняется, поэтому в дальнейший расчет принимаем γ_n = 18,556 кН/м³.

ρ_d-ср = 1,604 т/м³, γ_ср = 18,248 кН/м³, е_о-ср = 0,678.

1.4. Проктирование поперечного профиля насыпи с обеспечением устойчивости откосов

Потеря устойчивости грунтовых массивов представляется в виде смещения их откосов под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта.

1.4.1 Цель и методика расчёта

Цель расчёта – оценить сопротивление сдвигу низового откоса насыпи и

по величине этого сопротивления назначить оптимальную крутизну откосов

и размеры бермы.

Расчет ведется графоаналитическим методом в предположении круглоцилиндрической поверхности возможного смещения с использованием формулы К. Терцаги и с учётом подтопления насыпи.

(1.12)

где К_ст – коэффициент устойчивости при статическом состоянии грунта в теле насыпи; и – соответственно сумма моментов сил, удерживающих откос от смещения и сдвигающих его (моменты сил определяются относительно центра вращения круглого цилиндра); n – суммарное количество отсеков блока смещения; m - количество отсеков блока смещения, в которых действуют удерживающие касательные составляющие силы веса; C_i и f_i – соответственно удельное сцепление (кПа) и коэффициент внутреннего трения грунта в основании i-го отсека длиной l_i; N_i и T_i – нормальная и касательная к основанию i-го отсека составляющие силы его веса, кН; D₀ – гидродинамическая сила, возникающая при вытекании воды из насыпи и действующая в центре тяжести водонасыщенной части блока смещения, кН.

Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта K_дин, который должен быть не менее допускаемого значения , регламентируемого требованиями СТН-Ц-01-95 /1/.

, (1.13)

где a_д - коэффициент динамики, назначаемый по таблице 1.6 /5/ в зависимости от высоты насыпи и вида грунта, при h = 14,27 м, P₀= 72,56 кПа, равный 1,07; η_n – коэффициент ответственности сооружения, для линий IV категории, принимаемый равным 1,10; η_f – коэффициент сочетания нагрузок, для обычного сочетания равный 1; η_{c -} коэффициент условий работы, при использовании упрощенных методов расчета равный 0,95.

Рассчитаем значение нормативного [K]:

.