WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

1,0

-

-

Бетон шпал

3,25107

0,2

2,5

-

-

Щебёночный балласт

1105

0,27

1,85

2

27

Друкера-Прагера

Песчаная подушка

1,2105

0,30

1,8

3

36

Грунт насыпи

6104

0,35

1,71

8

26

Для оценки достоверности результатов расчёта было проведено их сравнение с экспериментальными данными известных авторов.

Наиболее полные исследования распределения напряжений в земляном полотне от поездной нагрузки были проведены Г.Г. Коншиным, В.В. Виноградовым, И.В. Прокудиным, Г.Н. Жинкиным, В.П. Великотным, В.П. Титовым, Л.С. Блажко, Ю.П. Смолиным, Г.М. Стояновичем, Е.С. Ашпизом, В.И. Тихомировым, В.И. Хромовым, С.Р. Агата и др.

Результатами тестовых расчётов в рамках трёхмерной математической модели являются напряжения и перемещения в балластном слое и земляном полотне, по которым проводилось их сравнение с нормативными значениями и экспериментальными данными других авторов. На рисунке 3 приведён график вертикальных перемещений грунта на основной площадке вдоль продольной оси ОZ. Штрихпунктирными линиями показано размещение внешних усилий приложенных к рельсу. Расчетные перемещения не превышают 3 мм, что не противоречит нормативным значениям.

Распределение вертикальных напряжений в поперечном сечении земляного полотна и балластной призмы, проходящего через ось внутренней колесной пары, показано на рисунке 4. Отчётливо видны две зоны максимальных сжимающих напряжений: под шпалой и в основании насыпи, первая зона обусловлена поездной нагрузкой, а вторая – весом грунта насыпи.

Рисунок 3 – Вертикальные перемещения грунта на основной площадке

Рисунок 4 – Распределение вертикальных напряжений в земляном полотне и балластной призме

Характер изменения вертикальных напряжений с глубиной насыпи под колесной парой представлен на рисунке 5. График хорошо иллюстрирует затухание поездной нагрузки в балласте и верхнем слое земляного полотна.

Рисунок 5 – Изменение вертикальных напряжений с глубиной

Абсолютные величины максимальных значений вертикальных напряжений на основной площадке ЗП (55-60 кПа), полученные с учетом упруго-пластического деформирования балластного слоя, совпадают с экспериментальными данными Г.Г. Коншина, Ю.П. Смолина и других авторов.

При расчёте земляного полотна напряжённо-деформированное состояние элементов рельсошпальной решётки не является существенным. Поэтому для экономии программных ресурсов (конечные элементы верхнего строения пути составляют около 80% всей модели) было взято распределение давлений по шпалам от колёсных пар, полученное по расчёту. Такое распределение близко к экспериментальным данным, полученным Ю.П. Смолиным (рисунок 6).

Рисунок 6 – Распределение осевой нагрузки на шпалы

Наглядной иллюстрацией возможностей разработанной математической модели является задача о деформирования земляного полотна в зоне головной части поезда (рисунок 7).

Рисунок 7 – Вертикальные перемещения грунта под локомотивом

Кроме анализа статической картины, расчетная схема позволяет рассмотреть так называемую «квазистатику» – безволновую динамику изменения НДС грунта и балластного материала под воздействием поездной нагрузки. Если принять скорость движения локомотива постоянной и равной 80 км/ч, тогда, используя расчетную зависимость (рисунок 3), можно путем деления линейного масштаба по оси ОХ на скорость движения поезда Vп, получить функцию изменения вертикальных перемещений грунта от времени (t = L/Vп) в фиксированном сечении пути. Двойное дифференцирование полученной функции по t даст зависимость изменения вертикальных ускорений частиц грунта от времени (рисунок 8).

Рисунок 8 – Ускорения на основной площадке земляного полотна

Следует еще раз подчеркнуть, что речь идет только о низкочастотной динамике колебаний земляного полотна, вызванной чередованием нагрузок на путь при прохождении осевых пар через фиксированное поперечное сечение земляного полотна.

Учёт динамики на основной площадке земляного полотна в разработанной модели осуществляется путём введения инерционных составляющих, корректирующих вес конечных элементов.

Изменение прочностных характеристик грунта под воздействием вибродинамики подвижного состава выполняется по методике И.В. Прокудина.

Третья глава посвящена применению разработанной модели для углублённого анализа состояния железнодорожных насыпей.

Проблема диагностики и выявления причин потери устойчивости и стабильности железнодорожных насыпей, несмотря на использование современных геофизических методов, до сих пор не имеет окончательного решения в полной мере удовлетворяющего практиков.

В СГУПС разработан новый подход к решению данной проблемы, смысл которого состоит в создании замкнутой системы диагностики и расчета земляного полотна с выработкой алгоритма реализуемых на ЭВМ рекомендаций по его усилению.

Предлагаемый метод глубокой диагностики земляного полотна, позволяет не только исследовать насыпь на глубину более 20 м от основной площадки и дать оценку её состояния при поездных нагрузках, но и выбрать наиболее эффективный вариант лечения в сложных ситуациях.

Объёмная геомодель, построенная по результатам сейсмотомографии, позволяет увидеть не только строгую дифференциацию грунта в теле земляного полотна по физико-механическим характеристикам, но и очертание зон разуплотнения, повышенной влажности, мерзлоты и т.д.

Суть глубокой диагностики заключается в детальном анализе НДС земляного полотна, проводимом на базе объёмной геомодели, отражающей реальное состояние слагающих его грунтов и их особенностей.

Последовательность этапов выполнения работ по методу глубокой диагностики выглядит следующим образом:

1. Сейсмоакустическое обследование проблемного участка земляного полотна с построением сейсмотомограмм по продольным Vp и поперечным Vs скоростям упругих волн.

2. Определение основных физико-механических характеристик грунта тела насыпи и ее основания в выделенных на сейсмотомограммах зонах однородности с их последующим уточнением путем контрольного бурения.

3. Построение объемной геомодели обследованного участка земляного полотна по данным сейсмотомографии.

4. Трёхмерный компьютерный анализ напряжённо-деформированного состояния земляного полотна с оценкой устойчивости откосов насыпей.

5. Выработка и расчетное обоснование вариантов лечения земляного полотна с компьютерной проверкой их эффективности.

Целевым назначением сейсмотомографии земляного полотна является детальное изучение сложения грунтов насыпи на обследуемом участке по результатам геофизических исследований с последующей оценкой физико-механических характеристик грунтов, глубины залегания коренных пород и уровня грунтовых вод.

Первичным результатом сейсмотомографической обработки являются плоскостные (вертикальные) срезы полей скоростей распространения продольных VP и поперечных VS волн в земляном полотне и их отношений (VS / VP), которые используются для предварительной идентификации грунтов и определения зон их однородности.

С помощью известных или уточненных корреляционных зависимостей выполняется построение сейсмотомограмм физико-механических характеристик грунтов – Е, , , С и (рисунок 9).

Ввод исходных данных для построения объёмной геомодели, её экспорт в расчётный пакет Cosmos/m и вывод результатов расчётов в виде графиков изолиний представляли собой очень трудоёмкую задачу. В связи с чем, были разработаны методики подготовки данных для проведения расчётов и вывода результатов, а также соответствующее программное обеспечение («Nasyp»). Кроме того, были разработаны форматы командных файлов для передачи в Cosmos/m объёмной геомодели и вывода результатов.

Рисунок 9 – Поперечные томограммы модуля Юнга грунтов насыпи

Программный продукт «Nasyp» обладает следующими возможностями:

1. Импорт результатов геофизических исследований («куб данных») в текстовом файле специально разработанного формата.

2. Просмотр импортированных данных в поперечных сечениях в виде изолиний отдельных физико-механических характеристик (рисунок 10) с возможностью их количественного и качественного анализа.

3. Ввод констант, необходимых для создания трёхмерной математической модели насыпи.

В программе насыпь в поперечном сечении условно разбита на блоки. Каждый блок в свою очередь разбивается на объёмы, количество которых определяет пользователь исходя из флуктуации физико-механических характеристик грунта в блоке. Из тех же соображений вводится и число конечных элементов в каждом объёме, затем автоматически выполняется расчёт элементов и узлов математической модели, что позволяет предварительно определить затраты машинного времени на генерацию модели в Cosmos/m и проведение расчёта.

Рисунок 10 – Интерфейс программы «Nasyp» для ввода геометрических очертаний насыпи и просмотра импортированных данных

Математическую модель можно создать как на всю длину обследуемого участка, так и на указанный пользователем определённый слой.

Для каждой из характеристик грунта вводится свой множитель, необходимый в последующих расчётах для определения коэффициента запаса.

4. Создание командного geo-файла для конечно-элементного пакета Cosmos/m. Geo-файл представляет собой определённую последовательность команд с данными диагностики и расчета по программе.

5. Массовый вывод результатов расчёта в графическом виде. В программе предусмотрено создание отдельного командного geo-файла для вывода параметров напряжённо-деформированного состояния насыпи в узлах и элементах модели в сечениях по трём плоскостям.

Любой универсальный конечно-элементный пакет состоит из трёх блоков: pre-processor (ввод данных), processor (расчёт) и post-processor (вывод результатов). Программа «Nasyp» позволяет заменить первый и последний блоки на специализированные для конкретной задачи анализа состояния земляного полотна по данным геофизического обследования, а для расчёта использовать мощный processor Cosmos/m.

Анализ напряженно-деформированного состояния выполняется по значениям перемещений, напряжений и деформаций в теле насыпи и основании.

Завершающей стадией компьютерного анализа состояния насыпей является расчет поля интенсивности сдвиговых деформаций грунта, что позволяет определить не только наличие линий скольжения, но и их формы (рисунок 11).

В данной работе предложен деформационный подход к расчёту устойчивости насыпей. Введено понятие запаса устойчивости откосов насыпи, сложенной грунтом с характеристиками (С, tg), которое формализуется двузначным параметром - парой значений kСзап и kзап, где kСзап = С / С крит и kзап = tg / tg крит (С крит и крит – предельные значения, при которых откос ещё сохраняет устойчивость). При этом предполагается, что изменение (уменьшение) исходных значений С и tg происходит в соответствии с заданной закономерностью, определяемой внешними факторами воздействия на грунт или случайным разбросом его характеристик.

Рисунок 11 – Интенсивность сдвиговых деформаций в теле насыпи при критической поездной нагрузке

Одним из наиболее удобных, с точки зрения вычислений, вариантом изменения пары значений (С, tg) является их пропорциональное уменьшение. В этом случае численное выражение показателя устойчивости может быть сведено к «однозначному» параметру, который уместно называть коэффициентом запаса:

(1)

На рисунке 12 показаны расчётные изолинии коэффициента запаса (1) для откоса высотой 20 м и крутизной 1:1,75 при поездной нагрузке на основную площадку 90 кПа. Линия «kзап = 1» разграничивает все множество пар (С, tg) на две области – устойчивости (сверху от кривой) и неустойчивости (снизу от кривой) рассматриваемого откоса.

Рисунок 12 – Пример изолиний коэффициента запаса откоса насыпи

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»