WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |

В связи с развитием концепции интервальных оценок представляется возможным и уточнение расчетного значения модуля упругости грунта по генеральной совокупности. Для этого в генеральной совокупности необходимо выделить интервал с заданной обеспеченностью и рассмотреть его как равномерное распределение.

Формула для оценки расчетного модуля упругости грунта имеет вид

. (22)

Разработанная методика позволяет осуществить корректировку расчетных значений параметров автомобильных дорог с учетом динамики природно-климатических условий и неблагоприятного влияния на них хозяйственной деятельности человека.

Рис. 4. Распределение минимумов равномерного и нормального распределений

Опыт применения существующего дорожно-климатического районирования показал, что оно не в полной мере отражает все особенности природно-климатических условий при проектировании и строительстве автомобильных дорог Дальнего Востока. В первую очередь это касается территорий с наличием многолетнемерзлых грунтов, где в зависимости от мощности мерзлого слоя, его физико-механических характеристик необходимо принимать те или иные конструктивные решения при строительстве или модернизации автомобильных дорог.

В результате многолетнего мониторинга за мерзлотным режимом на постах и опытных участках автомобильных дорог на территории I дорожно-климатической зоны было выделено три подзоны, характеризующиеся совокупностью типичных ландшафтных и климатических характеристик: арктическая (I1), субарктическая холодная (I2), субарктическая умеренно-холодная (I3). На границе с подзоной I3 высокотемпературных вечномерзлых грунтов во II дорожно-климатической зоне была выделена подзона II1, c наличием «перелетков» – мерзлых слоев грунта, возникающих на глубине сезонно замерзающих слоев в районах с континентальным и резко-континентальным климатом и отрицательной среднегодовой температурой воздуха.

На основании проведенных исследований в диссертационной работе произведено дорожно-климатическое районирование территории Дальнего Востока, позволяющее детально оценивать его природно-климатические условия при проектировании оптимальных конструкций автомобильных дорог региональной дорожной сети.

В пятой главе диссертации приводятся результаты исследований особенностей водно-теплового режима и методы его расчета. ВТР автомобильных дорог южной части Дальнего Востока характеризуется избыточным увлажнением и глубоким сезонным промерзанием дисперсных грунтов. Характер увлажнения земляного полотна автомобильных дорог определяется обилием муссонных осадков, вызывающих полное влагонакопление в поверхностных слоях грунта. Процесс усугубляется неравномерным характером промерзания и оттаивания дорожной конструкции.

Восстановление прочностных свойств грунта происходит медленно, особенно на участках дорог, построенных без дренирующих слоев в основании дорожных одежд. Ограничение нагрузок в весенний период не всегда осуществляется своевременно. Отмеченные факторы обусловливают низкие эксплуатационные характеристики автомобильных дорог, что свидетельствует о необходимости уточнения расчетных методов прогнозирования ВТР.

Исследованием вопросов, связанных с изменением прочностных и деформативных свойств пылевато-глинистых грунтов в процессе их промерзания–оттаивания и сопутствующих явлений тепломассообмена, занимались отечественные и зарубежные ученые. В работах Е.С Ашпиза, С.Е. Гречищева, П.И. Дыдышко, В.Н. Ефименко, С.М. Ждановой, И.А. Золоторя, В.Д. Казарновского, М.Б. Корсунского, Я.С. Крафта, В.А. Кудрявцева, А.М. Кулижникова, А.В. Лыкова, В.С. Лукьянова, В.П.Носова, В.О. Орлова, Ю.С. Палькина, В.В. Пассека, Г.С. Переселенкова, Н.А. Пузакова, Б.И. Солодовникова, В.И.Рувинского, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаева, В.В. Ушакова, А.А. Цернанта, Н.А. Цуканова, Е.И. Шелопаева, А.И. Ярмолинского и других решены как основные теоретические вопросы проблемы, так и ее прикладные задачи. Тем не менее, региональная корректировка известных методик позволяет обеспечивать более высокую степень надежности проектных решений.

Нормативным документом, позволяющим осуществлять расчет параметров ВТР автомобильных дорог, является Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85). На основе физико-технической теории, разработанной В.И. Рувинским, осуществляется расчет характеристик ВТР при одномерной схеме осуществления процесса тепломассопереноса. В принятых теоретических предпосылках физико-технической теории источником образования ледяных прослоек, вызывающих пучение грунта, является пленочная вода, поступающая из слоя в слой фазовых превращений ее в лед. Применительно к условиям Дальнего Востока пленочная вода поступает в промерзающий слой под покрытием не сплошным горизонтальным фронтом, а от обочин и из низлежащего талого слоя грунта земляного полотна. В случае глубокого сезонного промерзания грунта земляного полотна имеют место процессы миграции пленочной и капиллярно-подвешенной влаги к фронту промерзания под дорожным покрытием по направлениям снизу и сбоку из талого грунта земляного полотна под обочинами.

Эффект миграции влаги за счет разности термосопротивлений слоев дорожной одежды и грунта присыпных обочин приводит к выраженному образованию под дорожным покрытием переувлажненного грунта или «донника», влажность которого зачастую равна или выше влажности грунта на границе текучести.

Таким образом, процесс промерзания и влагонакопления в грунте в этих условиях необходимо рассматривать как двухмерный, в отличие от одномерного процесса, предлагаемого в Пособии по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна.

Принципиальное значение в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунтов имеет величина влагонакопления под границей промерзания. Используя в качестве синтезирующего начала теорию В.И. Рувинского, процесс изменения плотности-влажности грунта земляного полотна в условиях южной и центральной частей Дальнего Востока можно разделить на четыре основных периода: набухания осенью, пучения зимой, осадки грунта при оттаивании весной и усадки весной и летом.

Расчет коэффициентов уплотнения следует производить для каждого из четырех периодов набухания, пучения, осадки и усадки грунта:

(23)

(24)

(25)

(26)

где – коэффициент уплотнения после набухания грунта осенью; – коэффициент уплотнения после пучения грунта зимой; – коэффициент уплотнения после осадки грунта весной; – коэффициент уплотнения после усадки грунта летом; – относительное набухание грунта; – относительное пучение грунта; – относительная осадка грунта и его усадка.

Значения коэффициентов уплотнения вычисляются для грунта под проезжей частью и под обочинами автомобильной дороги. В качестве деятельной зоны рассматривается слой толщиной, в пределах которого происходит приток воды в промерзающий слой грунта под проезжей частью из грунта под обочинами земляного полотна (рис.5).

Принципиальное отличие решения рассматриваемой задачи от метода В. И. Рувинского заключается в разложении величины влагонакопления на горизонтальную Qp(CZ) и вертикальную Qp(AZ) составляющие.

Рис.5. Расчетная схема влагонакопления в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания земляного полотна: 1 - мерзлая зона; 2 - давление от веса дорожной одежды; 3 - зона фазовых превращений пленочной воды в лед и образования ледяных линз и кристаллов; 4 - слой Z, в котором капиллярно-подвешенная вода превращается в лед; 5 - пленочная вода, мигрирующая к фронту промерзания из слоя Z; 6 - талая зона, в которой находится капиллярно-подвешенная вода

Расход капиллярно-подвешенной воды, поступающей по горизонтальному уровню от грунта под обочинами к границе промерзания под покрытием, определяется формулой

, (27)

где – площадь поперечного сечения грунта, м2; – удельные движущие силы менисков соответственно в I, II, III группах капилляров грунта с капиллярно-подвешенной водой, Па; – коэффициенты просачивания воды соответственно в I, II, III группах капилляров грунта, м/с; S – среднее расстояние, на которое перемещается капиллярно-подвешенная вода, м; g – ускорение свободного падения, м/с2.

Включая в расчет величину расхода воды, получим выражение для определения влажности грунта (доли единицы) под границей промерзания после оттока воды из талого грунта под обочинами в мерзлый слой под покрытием при двухмерном решении задачи.

Для грунта под дорожным покрытием имеем

, (28)

где – величина расхода пленочной воды, поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью более оптимальной, м3/с; – среднее значение расхода капиллярно-подвешенной воды, которая может поступить к границе промерзания из грунта, расположенного ниже рассматриваемого слоя земляного полотна, м3/с; – скорость промерзания грунта, м/с.

Величина, определяемая по формуле (27), не может быть более значения. В противном случае принимают ограничение =.

При получении отрицательного значения выражения в скобках принимаем (--) = 0.

Для грунта под обочинами имеем

, (29)

где – величина расхода пленочной воды, поступающей из талого слоя грунта с влажностью более оптимальной в мерзлый слой, м3/с; – среднее значение расхода капиллярно-подвешенной воды, которая может поступить из грунта, расположенного под обочинами, м3/с.

Понижение влажности грунта под границей промерзания происходит до величины, равной оптимальной влажности. Поэтому значения и не могут быть меньше оптимальной влажности независимо от результатов расчета.

Входящие в формулы (28) и (29) значения расхода определяем по формуле

(30)

Включая в расчет величину расхода капиллярно-подвешенной воды, получим выражение для определения среднего за период промерзания значения расхода пленочной воды (м3/с), поступающей из талого грунта в мерзлый слой при.

Для грунта под дорожным покрытием имеем

. (31)

Для грунта под обочинами имеем

. (32)

Очевидно, что значение расхода не может быть больше величины

. (33)

Последующий расчет осуществляется в соответствии с методикой, изложенной в Пособии к СНиП 2.05.02-85.

По разработанной методике осуществлено сравнение расчетных значений плотности и влажности грунта земляного полотна с фактическими данными (табл. 2).

Результаты прогнозируемых и фактических значений показывают хорошую сходимость.

Таким образом, разработанная методика позволила осуществить корректировку расчетного метода прогнозирования водно-теплового режима земляного полотна, положенного в основу Пособия к СНиП 2.05.02-85 в части учета дополнительного поступления капиллярно-подвешенной влаги при ее двухмерном характере перемещения к фронту промерзания.

Таблица 2

Прогнозируемые и фактические значения влажности и плотности грунта земляного полотна в слое толщиной 0,5 м от низа дорожной одежды опытного участка на 197км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск– Владивосток

Период

Влажность грунта

Коэффициент уплотнения грунта

под покрытием

под обочиной

под покрытием

под обочиной

Летний период года

0,62

0,62

0,98

0,96

Осенний период перед промерзанием земляного полотна

0,81

0,8

0,81

0,85

0,98

0,96

Зимний период после промерзания

слоя грунта

0,90

0,89

0,71

0,73

Весенний период после оттаивания

грунта

0,90

0,93

0,82

0,81

0,96

0,94

Летний период после

усадки грунта

0,62

0,63

0,69

0,67

0,97

0,95

Примечание. В числителе прогнозируемые значения характеристики, в знаменателе – фактические. В таблице приведены значения влажности и плотности суглинка легкого пылеватого с влажностью на границе текучести = 27 % и оптимальной влажностью = 16 %.

Результаты измерения плотности и влажности грунта земляного полотна на опытном участке 197 км федеральной автомобильной дороги «Уссури» Хабаровск-Владивосток подтвердили достаточную сходимость предлагаемой методики для расчета двухмерного процесса изменения водно-теплового режима грунта в условиях глубокого сезонного промерзания грунтов Дальнего Востока.

В шестой главе обоснованы теоретические предпосылки регулирования водно-теплового режима автомобильных дорог Дальнего Востока.

Разработанная на основе физико-технической теории В.И. Рувинского методика расчета сезонного изменения ВТР земляного полотна в условиях избыточного увлажнения и глубокого сезонного промерзания грунта позволяет рассматривать процесс влагонакопления в грунте как двухмерный. Применительно к поставленной задаче водно-тепловой режим земляного полотна зависит от нескольких факторов: расстояния рассматриваемого грунтового массива от источников увлажнения и степени их влияния, условий отвода атмосферных осадков с поверхности дороги, влагопроводных характеристик грунта, характера теплообменного процесса с атмосферой на границе рассматриваемого массива грунта обочины и телом земляного полотна. Причем влияние источников увлажнения неоднозначно.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 8 |






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