Напряженно-деформированное состояние насыпи при действии нагрузки поезда тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

с 0&

^ псковский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

СУРУ РОМУАЛЬЦ АГАТА

НАПР>СШШО-ДЕ«ОР;№ОБАННОЕ СОСТОЯНИЕ НАСШИ ПР.1 ДЕЙСТЬЛЛ НАГРУЗКИ ПОЕЗДА

01.02.07 - Механика сыпучих тел, грунтов и горных

пород

Автореферат

диссертации 'на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Российском Университете Дружбы Народов.

Научный руководитель - докт. техн. наук, профессор

Борао Иосифович Дидух.

Официальные оппоненты - Заслуженный Деятель науки и техники Рй

Академик Академии Наук транспорта РФ, докт. техн. наук, профессор Владимир Давидович Казарновский,

канд. техн. наук, старший научный сотрудник Димитрии Николаевич Олимпиех

Ведущая организация - Акционерное общество открытого типа

"Научно-исоледовахельсквй институт

• -

транспортного строительства" ДО ЩИИС,

1о —

Защита состоится " в " Декабря 1994 г. в ЛЦ ч. на заседании диссертационного совета Д 053.11.05 в Моеновокоя государственном строительном университете по адресу: Москва, Спартаковокая ул.,д.2, ауд.212.

С диссертацией мошю ознакомиться в библиотеке МГСГ. Просим Вас пронять участие в защите и паправать ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоосе,д.26,МГСУуУч(зтга Сове'

Автореферат разослан " 3 " ' 1994 г:

• ЛШЩЗ^

Ученый секретарь дасоертацвонного совета лрофеооор, канд. техн. наук

Д Л. Крызаяовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.В настоящее время быстрое развитие народного хозяйства во многих странах требует повышения пропускной способности железных дорог.Это достигается увеличением грузонапряженности и скоростей движения.При этом верхнее строение пути, земляное полотно и основание насыпей должны обеспечивать надежное и долговременное функционирование железных дорог.Отсюда актуальным представляется изучение поведения грунтов в основаниях насыпей и разработка предложений по обеспечению их устойчивости и стабильности.

Решать эту проблему необходимо как за счет интенсификации работы существующей железнодорожной сети.так и строительства новых дорог,на которых техническая оснащенность и интенсивность перевозок будут очень высокими.Дальнейшая интенсификация эксплуатационной работы железных дорог осуществляется повышением скоростей движения грузовых и пассажирских поездов соответственно до 100-120 км/час и 160-200 км/час.Разрабатываются планы увеличения веса поездов за счет повышения погонной нагрузки на ось и увеличение длины составов .Для этого создаются большегрузные шести- и восьмиосные вагоны с нагрузкой на ось до 230-250 Кн и мощные локомотивы с нагрузками до 270-300 Кн/ось.

При :озаействии таких вагонов на путь повышаются динамические напряжения на основной площадке и увеличивается зона их распространения по глубине с одновременным возрастанием амплитуд колебаний грунтов земляного полотна.

Совреь-енная тенденция проектирования,рассматривающая рельсо-шпальную решетку.балластный слой,земляное полотно и его основание как еагное целое.где составные части оказывают взаимное влияние друг на друга,требует значительного повышения уровня дос-тоьерности информации о структуре,состоянии,составе и свойствах материалов верхнего строения пути и земляного полотна,о влиянии нагрузки поезда на устойчивость и деформативность основания.

Изложенные соображения определяют актуальность изучения нал-ряжерно-де ¡-оптированного состояния железнодорожных пасыпей при це?!стти';< нагрузки поезда.

Прецстаате.'-нке в диссертации исследования составляют раздел работ,пополнявшихся по плану госбюджетной темы JJ122001 Российского университета дружбы народов.

- г -

Цель диссертационной работа. Настоящая работа посвящена изучению напряженно-депортированного состояния железнодорожной насыпи при динамическом воздействии и разработке теоретических и практических методов прогнозирования несущей способности и де-форкативности железнодорожного земляного полотна.

Лля достижения поставленной цели были решены следующие задачи :

- Установление характера накоплений пластических деформаций в грунтах при циклическом нагружении после компрессионного сжатия различных образцов грунтов /нарушенной /пасты/ в ненарушенной структуры,с водонасыщением и без водонасыщения/.

- Установление влияния на деформируемость грунта таких параметров и факторов,как число циклов нагружений,амплитуда циклической нагрузки,частота нагружения в диапазоне от 0,2 до 1 Гц, исходное напряженное состояние и плотность грунта.

- Разработка методики расчетов для прогноза деформируемости и устойчивости железнодорожной насыпи.

Научную новизну работы составляют;

- результаты экспериментальных исследований дефорыативности нескольких разновидностей пылеватоглинистых грунтов при циклических нагрузках;

- методика оценки динамических характеристик насыпи и вынужденных колебаний ее при воздействии нагрузки поезда;

- методика оценки устойчивости насыпи с учетом динамических нагрузок.

Практическое значение работы, состоит в том.что проектировщику и строителю предлагается аппарат для оценки устойчивости насыпи и для сравнения вариантов проектных решений.

Особое значение для практики проектирования имеют разработанные в диссертации алгоритмы и программы,которые могут быть прямо использованы в работах по расчетному обеспечению проектных решений.

На задвту заносятся* : Т. Экспериментальные данные по определению показателей дефор-мативности грунта при длительных циклических испытаниях.

2. Анализ нагрузки поеада.воздействующей на грунтовую вас гя> железной дороги. * * ,

3. Расчет устойчивости насыпи при действии статических и динамических нагрузок.

4. Пакет прикладных atropim:oB и про г paw.;:

- расчет нагрузки от поезда на насыпь;

- гар.-онический анализ нагрузки;

- определение частот и qopM собственных колебаний насини:

- расчет вынужденных колебаний насыпи;

_ определение коэМшиента устойчивости насыпи.

Апробация работы.Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях инженерного факультета Российского университета дружбы народов /1991,1992,1993 г.г./

Объек- и структура диссертации .Диссертация состоит из введения, 5 глав,основных выводов,списка литературы.Общий объем работы 188 страниц в том числе III страниц машинописного текста, 45 рисунков и графиков, 37 таблиц,список использованной литературы из 83 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность теки, Изложена цель и задачи исследований, с4ор/улирована научная новизна,практическое значение полученых результатов.

В первой главе приводится обзор и анализ экспериментальных и теоретических исследований таких ученых как Гольдштейн М.Н.,Цы-тович Н.А.,Дидух Б.И.,Иванов H.H..Зарецкий Ю.К..Кутергин В.Н., Абелев ;<:.:-?..Красников Н.Д.,Г:иангиров Р.С ..Баркан Д.Д..Яковлева Т.Г.,Кистанов А.V..,2инкин Г.Н.,Кошин Г.Г..Шахукянц Г.М,.Прогудин ;;.3.,Герссвзнов Н.М. и другие,а такте зарубежных ученых таких как Arango X., Blot М.А., Castro О., Blondeau ?., Coulomb Ц., Donovan И.С., Drucker D.С., seed Н.В., Htteu и., Ikeda ' к., Garidel-Thoron R. , и другие. • . ' '

В настоящее вре;.'л представляется возможным решение многих зопгосов прочности на основании Фундаментальных исследований советских ученых : профессоров В.Г.Березанцева.М.Н.Гольдштейна, Лидух Б.!;, и др.

Ва-кне.":ш1:е вопросы железнодорожного земляного полотна исследованы в основополагающих работах проф. Г.М.Шахунянца.

Изучение колебательного процесса грунтов зешшного полотна осуществили М.Б.Аверочкина.Д.Д.Баркан и др.

На основании анализа проведенных исследований сформулированы

выводы о-состоянии по изучению деформируемости и устойчивости насыпей при действии поездных нагрузок:-величина снижения прочностных характеристик грунтов зависит от величины динамического воздействия,влажности и плотности грунта,его гранулометрического состава .Кроме того уменьшение сцепления и внутреннего трения ' зависит от продолжительности . динамического воздействия .действующих напряжений и юс соотношения.

- экспериментальные исследования модуля деформации зависят от характера действующих нагрузок и значений амплитуды и ускорения колебаний в железнодорожном земляном полотне.

На основе данных выводов и заключения сформулированы цели дальнейших исследований.дана постановка задач диссертации.

Во второй главе формируются задачи исследований.

Анализ литературных публикаций в научно-технических изданиях показывает,что в ропросах оценки влияния нагрузки поезда на изменение напряженно-дефоркированного состояния в грунтовом основании железнодорожного полотна пока не сложилась единая и в полной мере разработанная концепция,базирующаяся: на надлежащем теоретическом обосновании.

Наиболее опасными участками дороги являются участки основания дорожного полотна,которые образованы откосными грунтовыми массивами: насыпями и выемками.Поэтому в диссертации объектом исследования выбрана железнодорожная насыпь,а основная задача диссертации формулируется как разработка общей схемы и последовательности расчетов для оценки изменения напряженно-деформированного состояния грунтовой железнодорожной насыпи при проховдении поезда.При этом планируется возможно более детальное рассмотрение каждого этапа расчетов с получением численных результатов на конкретных примерах.

Важнейшими исходными характеристиками расчетной схемы являются механические свойства грунтов.Это обстоятельство обусловило включение в программу работ по диссертации экспериментальное исследование деформационных показателей грунтов при циклических воздействиях.

В число исходных данных входит также информация о нагрузке, передаваемой движущимся поездом на грунтовую насыпь .В диссертации ставится задача амплитудно-частотного анализа нагрузки поезда при различных параметрах железнодорожного состава и скорости движения.-

Планируется изучение грунтовой наснпи как колебательной системы и определение ее собственных частот и форм.Следующим шагом является анализ вынужденных колебаний насыпи при действии нагрузки движущегося поезда.

Практической целью разрабатываемых расчетных схем является:

- оценка возникающих деформаций насыпи;

- оценка устойчивости насыпи.'

В третьей главе приводится описание экспериментальной установки,методика проведения экспериментов /статические и циклические/, характеристики физических свойств грунтов /нарушенной и ненарушенной структуры/.

Для экспериментов была использована установка конструкции пнииис/Производствешшй и Научно-Исследовательский Институт по Инженерным Изысканиям в строительстве/,позволяющая задавать на образец грунта,находящийся в испытательной камере в определенном исходным напряженном состоянии,дополнительное циклическое нагру-жение с частотой в диапазоне от 0,2 до 1 Гц,и записать измеряемые характеристики деформаций.

Регистрация осевых деформаций образца при испытаниях осуществлялась индикатором часового типа с ценной деления 0,001 мм.

Исследования проводились на супесчаных грунтах /нарушенной и ненарушенной структуры/.Характеристики физических свойств этих грунтов показаны в табл. 1 и табл.2.

Чтобы выявить степень влияния циклического воздействия на деформируемость грунтов,образец предварительно подвергался действию статического нагружения до определенного исходного напряженного состояния. .

Диаграмма циклического нагружения показана на рис.1

Все эксперименты выявили наличие дополнительных деформаций грунтов,т.е» их доуплотнение по сравнению со статическим компрес сионпым сжатием при той же нагрузке.

На рис.2 приведена зависимость деформации от напряжения при статическом и циклическом действии нагрузки,из которой* видно, что дополнительная деформация циклического нагружения составляет примерно ЪЪ% от статической деформации грунта.

С ростои числа циклов нагружения значительно изменяются величины общих модулей и упругой деформации за цикл. '

Приращение деформации от цикла к циклу происходит с затухающей интенсивностью,однако полной стабилизации не наблюдалось да-

Xaparrtjacnni фиге cm cul en жеошгтва тртпо» ммямпо! eifjnjpt.

Min« rnbiuoMiiig>^uoi>iiiaiiom:ip«Miipiiuraeninim^m^onim

Ш<та tita- taoentaocnttocntrpjm

IPX—"ol ittg№im»>i«M'i vil

KiHHf- mf ,ira * mu s II« ir/ariqmi:iT>>-i

i « « со с- mt t

i i tn,7) «r/cA

t г imfai i

1 i tr/nPt »

«re«/- t[*e*»-tatto-tnu гчвег» in»- im- mtj-I Лам iBocTiiwcTi

. j^ip ; e

isii * t i » « i л_i-_> i

tow

1B0J»0- i «TOCT1 I

» S*

i • .

i

cnne» 1,91 1.6? 3,69 11,3 ■*■ тмрш

•тг tratet 1.97 1.72 S.TO 14,8 тмрш

Д cjota 1,78 1,49 S ,71 18,7

28,9 19.« 8,8 -9.19 0.61 0.83

. i

И.М St ,48 4,68 -1.52 0.Í7 O.TO

2ЭП 18,98 4,78 - 0,000 0.8a 0.«1

bfuiqicna (nt«an cwlen мепцма imm* 1 егягжтурв. V

.„TjftWTHI i

llun romiueiaomiMoiaemiMoiaomtM^iapaiMiapM Шмцтмяммитт* идом • гася )мптц>. цжшмамдем» tarnt m—от («трдолш ifa/ar tqm twm пя^питтм« im- tM» яцм- «

^í,-_l- от стма I Г1 ТОНЧИ 1.1t 1.40 1 , , . i t.88 -i—-i-1- ! . Я.4 B.88 31.98 1, Ul t 0.7* tÁ 0.90 <МГ

•г HJDiei í * 114 fi j 1.78 1.« j s^a ;8JÍ 83.43 23.8 1' ' i 0.8Э -0.47 oJt8 0.70

0,5 С Ъ

o,i oís о,2 qss 0,3

Рас. 2. Зависимость деформации £ от напряжения 6'

G4;

при статическом ,_и циклическом воздействии. грунт » П (плотное слежение]'

Статическое действие завершено пра 0.2 МПа™, этом :ст=» п ------ - г

статическая яеЛрмашя 0.203 затеи образец подвергался Д-иствию циклического нагоукения с амплитудой А - 0.05МПо>при ■ том дополнительная пластическая деформация £..= О.ОвЗ . '

(.—........«ц-илал «

числа томов нагружения 100<х) , <3* = <£т Д

г >

с Б Ь - осадка,мк

С г —— » »

. Чг сальная высота образца ,ма

мм

же после 5000 циклов.

В результате проведенных исследований было установление следующее:

- полученными результатами подтвервдено ранее установленное значительное объемное доуплотнение грунтов при действии циклической нагрузки;

- накопление пластических деформаций в грунтах существенно зависит от циклического нагружения^ том числе от его амплитуды и частоты,а также от количества циклов,исходного напряженного состояния грунта.Дополнительная деформация от циклического натру-" жения достигает до 30? от статической деформации;

- для прогноза поведения грунтов /глинистых, в том числе супе-.сей/при циклическом' воздействии можно ограничиться эксперименталь ними данными по 1000 циклам нагружения.

Четвертая глава содержит основные расчетно-теоретические разработки,выполненные в ходе работы над диссертацией.

Первый ее раздел посвящен решению задачи о собственных коле-' баниях грунтовой насыпи.

Расчетная схема насыпи для определения частот и форм собственных продольных и поперечных колебаний строится как вариант метода сдвигового клина.Поэтому методу расчет колебаний сводится к решению одномерной задачи для объекта с массой,распределенной вдоль вертикальной оси по некоторому закону,зависящему от конфигурации насыпи.Непрерывное распределение масс заменяется дискретным /рис.3/Таким образом,колебательная система представляется в виде сосредоточенных масс,отстоящих друг от друга на расстоянии Л и соединенных упругими элементами Для насыпи »рапецовдального. профиля высотой Но: дЬ Ц0

Уравнение движения К-й массы имеет видг

m dhk в р D KdlF wl "к /г/

Здесь Рк - усилие в упругом элементе.расположенном ниже массы Мк - смещение массы вверх по: вертикали;- t- время.

Усилия J^ подсчитываю«» как произведение' средних напряжений на площадь сечения Fr насыпи на уровне посредине расстояния между массой 1% и П>к-1 :

. /з/ '

В свою очередь среднее напряжение ®К определяется умножением

*

деформации элемента толщиной ЛЬ на компрессионный модуль упругости: Е-} + ад .

где Л , ^ - константы Ляме.

Собственные колебания каждой массы с частотой СО можно

представить в виде:

отсвда следует

/5/

/6/

Подставляя /3/,/4/,/6/ в /1/,можно получить систему М линейных однородных алгебраических уравнений с неизвестными ^к и иЗ . Посредством приравнивания нулю определителя .составленного из коэффициентов уравнений.получается частотное уравнениеДля его решения продуман рациональный алгоритм,существенно сокращающий процедуру поиска собственных частот по сравнению с классическим способом подсчета определителя.

Составлена программа СК1 для ЭВМ,с помощью которой вычис- . ляются частоты и формы собственных колебаний.

Программа предусматривает возможность расчета насыпей из грунтов неоднородных по свойствам на различных уровнях.

Получены численные результаты для ряда вариантов исходных данных.Насыпь высотой 10 м,шириной поверху Ц= 2м,сложенная из грунта с удельным весом 20 кН/мЗ.модулем де$орг/ации 20 МПа, имеет следующие собственные частоты.

Ьг соЛ^А Т4(с) СО« ) Т5(с)

10 м 20 к 30 м 20,35 21,77 22,35 0,309 0,289 0,281 48,86 50,46 51,31 0,129 0,125 0,122 77,47 78,81 79,66 3.081 3,080 3,079

Если насыпь сложена однородным грунтом,то ь'окет быть найдено точное аналитическое решение поставленной задачи о собственных колебаниях.Это решение известно к описано в литературе «На ми выполнены для этого случая необходга/.ые выкладки,получены расчетные формулы и составлена прогршика вычислений.Выполненные по ней вычисления показали очень хорошее совпадение результатов с получению/и по программе СК1 .однако требуют почти в 10

раз больше машинного времени.Причина в том,что в этой программе приходится - использовать подпрограммы с достаточно громоздкими вычислениями /с помощью рядов/ функций Бвсселя.в то время как в программе СК1 применяется изящный алгоритм решения системн , линейных алгебраических уравнений с ленточной матрицей коэффициентов.

Второй раздел главы Ц посвящен определению нагрузок при прохождении.поезда.Если состав имеет однотипные вагоны,то давление, передаваемое движущимся составом на фиксированную точку пути на поверхность насыпи.будет периодической функцией.Период Т равен: -у= +

где С - растояние между осями вагона; Ь - расстояние между ближайшими осями снежных вагонов; V - скорость движения поезда.

Принималось,что сила передаваемая колесом на рельс,распределяется по подошве рельса по схеме работы балки на винклеровом основании под действием сосредоточенной нагрузки.

В итоге подсчитано,как меняется во времени нагрузка на подошву одного рельса в фиксированной точке пути .График приведен на рис.4.

Полученные графики нагрузки подвергались далее гармонгчес- . кому анализу .Для функции О, (£], заданной графиком рис.4,определялась аппроксимирующая функция вида:

^ (*) г £ 4. | и*)] , ^

где&>= 271/ Т , И1 - делое число /принималось т= 25/.

Этим достигались две практические цели.

Во-первых .аппроксимирующая функция су((г), как сумма синусов й косинусов,может быть эффективно использована при решении дифференциальных уравнений .описывающих вынужденные колебания насыпи. .

Во-вторых,амплитуда колебаний по каждой гармонике 4

/8/

указывает тот вклад.который вносит колебание с частотой ь?}*^ в общую величину нагрузки,

Пример результатов гармонического анализа дан в таблице 3.

Исходные данные: <Я= 1? м; Ь= 7,68 м; V = 100 км/час; коэффициент постели к = 50000 кН/м^.

таблица 3.

t ai ч ч Т*

0 32.42 0 32.42 0 0

1 18.05 0 18.05 7.07 0.888

2 -11.40 0 11.40 14.14 0.444

3 -23.70 0 23.70 21.22 0.296

4 -11.26 0 11.26 28.29 0.222

5 1.57 0 1.57 35.36 . 0.178

6 4.62 0 4.62 42.43 0.148

7 2.49 0 2.49 49.50 0.127

в О.06 0 0.06 56.58 0.111

9 -0.93 0 0.93 63.65 0.099

10 -0.71 0 ; 0.71 70.72 0.089

11 -0.13 0 0.13 77.79 0.081

12 0.25 0 0.25 64.86 0.074

0.27 0 0.27 91 .93 0.068

14 0.09 0 0.09 99.01 о.обз

15 1 -0.08 0 • о.ов 106.08 0.059

Приведенные в таблице 3 данные показывают.что энергонесущими являются практически первые 7 или даже первые 4 частоты. / Третий раздел главы 33. содераит решении задачи о вынужденных колебаниях при действии нагрузки поезда.

Для определения вынужденных колебаний насыпи продолжается, рассмотрение расчетной схемы,использованной ранее для изучения собственных колебаний.Вертикальные колебания описываются уравнением движения,принятым в качестве исходного в алгоритме Ю.К. Зарецкого и В.НЛомбардо:

W _ р '¿и. ьШ. /Q/

Здесь и - вертикальное перемещение; К - коэффициент трения¡пропорциональный скорости.

В дискрстизированной форме записанное уравнение принимает ввд: ■ ' ■

Здесь обозначено с К/у

Таким образом,расчетная схема вынужденных колебаний дополнена учетом затухания упругих волн вследствии вязкого трения.

На верхнюю массу *Т1мдискретной структуры,имитирующей насыпь как колебательную систему,действует нагрузка поезда"

а Рм+< = СоБ^Ь ; /„/

где Н* - одно из слагаемых косинусоидальной суммы Фурье как -1-й " гармоники всей нагрузки поезда.

При вынужденных колебаниях с частотой оОл каждая масса ГГ^со-вершает движение по гармоническому закону

Чк = аи£1лим*г . /12/

В итоге решение поставленной задачи сводится к решению системы линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных амплитуд С^и Ь^ .Матрица коэффициентов системы уравнений-ленточ-ная,специального вида,что дает возможность применить для решения достаточно простой алгоритм,не требующий преобразований по Гаус-суЛля контроля правильности решения система решалась также и класснческйм ммтодом Гаусса;результаты показали точное совпадение.

В процессе решения вышеуказанных задач возникла необходимость дополнительно проработать два вопроса.

Первый из них связан а установлением зависимости между коэффициентом вязкого трения к»используемого в схеме Ю.К.Зарецкого

и В.Н.Ломбарде,и коэффициентом поглощения сейсмических волнО(, который определяется посредством геофизических измерений.Для этого была поставлена и решена задача о распространении плоской волны в упругой среде с трением,пропорциональным скорости. В итоге получена искомая зависимость для пересчета значений о( в {(.Тем самым открывается возможность более полного использования конечно-разностного алгоритма Зарецкого-Ломбардо для решения практических задач динамики грунтов.Эта зависимость использовалась и в диссертации в задаче о вынужденных колебаний насыпи.

Вторая дополнительная задача относится к анализу вынужденных колебаний в Грунтовом столбе как более простом по геометрии грунтовом массиве,чем насыпь.

Решение этой задачи получено в точной аналитической форме и может использоваться для ориентировочных контрольных оценок результатов решения более сложных задач.

Главным разделом главы"]\[,имеющим прямое практическое значение,является разработка оценки устойчивости насыпи с учетом дополнительных динамических напряжений,возникающих в насыпи при вынужденных колебаниях вследствие воздействия нагрузки поезда.

Используется простая расчетная схема,согласно которой тра-

пециоидальный блок,выделяемый разрезом по вертикальной оси насыпи и по некоторой горизонтальной плоскости,испытывает в горизонтальном направлении боковое даачение от оси насыпи.Интенсивность бокового давления определяется коэ$(1ициентом бокового давления зависящим от коэффициента Пуассона грунта^ : = 1 / *) • Если боковое давление Не превосходит сопротивления сдвигу грунта по рассматриваемой горизонтальной плоскости,то данный блок,как часть насыпи,сохраняет равновесие.

На основе описанной расчетной схемы составлен алгоритм определения коэЗДиниента устойчивости как при статических нагрузках, так затек и с учетом дополнительных динамических напряжений. Вертикальные динамические напряжения двояким образом влияют на устойчивость насыпи.

Во-первых,увеличение сжимающих вертикальных напряжений приводит к увеличению бокового давления от оси насыпи.

Во-вторых,увеличение скипающих вертикальных напряжений отражается на увеличении сопротивления сдвигу,и,наоборот,снижение сжимающих напряжений уменьшает сопротивление с.твкгу.Сложность ситуации при вынужденных колебаниях грунтового массива состоит в том,что в данный момент времени верхняя часть его.напрнг.ер будет испытывать дополнительные дннагическне напряжения одного знака,а нижняя-противоположного.и в итоге з этот момент времени устойчивость массива окажется сниженной.¡'.менно этот процесс и анализируется расчетами,представленными в днссертацпи.Гра^ики изменения коэффициента устойчивости в течении пегиода нагрузки показаны на рис.5.

В пятой главе на основе простейшей колебательной системы исследовались колебания насыпи с учетом упруго-пластического характера деформирования грунта.

Эксперименты,в которых измеряются деформации грунта при циклическом нагруженик, обнаруживают дополнительна приращения деформаций на каждом цикле нагрузка-разгрузка.

Для учета влияния отмеченной особенности ле^ормирорания грунта на процесс колебаний грунтовых масси'ов /наскпей/ под воздействием динамической нагрузки поезда разработана расчетная схема,где э$с'.екты. пластического депортирования изучаются на простейшей колебательной системе.Она включает в себя массу, опертую на пружину.десткость которой !.еняется в зависимости от того,возрастает или снижается передаваемое на нее усилие,т.е.

Рис.5. Графики изменения коэффициента устойчивости от времени в

течении периода действия нагрузка поезда . А - ЛОЬ , д .

1 - коэффициент устойчивости наоыпя Ь - время Т - период

происходит ли процесс нагрузки или разгрузки.

Решена соответствующая нелинейная задача о движении указанного типа;составлены алгоритм и программа для ЭВМ и получены численные результаты.

Результаты расчетов показывают,что дополнительные пластические деформации могут быть весьма значительными,превышая упругие в несколько раз.

Исследовавшаяся колебательная система оказывается очень чувствительной к резонансу.Это обстоятельство лишний раз,теперь уже с точки зрения накопления пластических деформаций, доказывает важность частотного анализа грунтовых массивов /насыпей/.

Основные выводы по диссертации.

1. Подтверждено,что накопление пластических деформаций в грунтах существенно зависит от циклического нагружения,в том числе от его амплитуды и частоты,а также от количества циклов,исходного напряженного состояния грунта.Дополнительная деформация от циклического нагружения достигает 30$ от статической деформации;

2. Исследования,описанные в главе и .образуют полную систему действий,необходимых для оценки динамического воздействия поезда на грунтовую насыпь,служащую основанием железнодорожного пути.Они включают решение трех основных задач:

а/ Определение динамических характеристик грунтовой насиш:

/£4.1/;

б/ Определение нагрузки поезда и ее амплитудно-частотный анализ / § 4.3.1/;

в/ Определение вынужденных колебаний насыпи под действием нагрузки поезда / $ 4.3/.

3. Все три указанные задачи решены.Решения представлены дета) ними алгоритмами и программами для ЭВМ.

Получены численные результаты для ряда вариантов исходных данных.

4. В ходе постановки и решения основных задач рассмотрен вопрос об определении коэффициента поглощения сейсмических волн в грунтах / § 4.2АДля установления связи мзжду получаемым из геофизических измерений коэффициента затухания волн в грунтах с( и параметром трения в расчетной модели Зарецкого-Ломбпрдо 5 решена задача о распространении плоской волны 1: получена фор/.у ла для пересчета одного в другой указаяних показателей динами-

ческих свойств грунтов.

5. Для быстрой приближенной оценки амплитуд вынужденных колебаний в грунтовых массивах решена задача о колебаниях столба грунта,свойства которого характеризуются модулем упругости и коэффициентом.поглощения волн.Решение получено в простой аналитической форме.Оно целесообразно для практического использования в предварительных расчетах при сопоставлении вариантов сочетаний грунтового массива и динамической нагрузки.

6. Конкретный практический результат исследований

дан в § 4.4,где на основе решенных задач построен алгоритм определения коэффициента устойчивости насыпи в условиях действия статических и динамических нагрузок.

Исходными данными для расчета служат следующие характеристики насыпи и нагрузки.

' Пара'/етры грунтовой насыпи Г

- высота Но; ~~'■

- ширина поверху Ьч ;

—коэффициент откоса т ;

- модуль деформации грунта В;

- коэффициент Пуассона 7 ;

- коэффициент затухания волн с( ;

- удельный вес грунта"^ ;

- угол внутреннего трения ^Р ;

- сцепление С.

, Параметры нагрузки:

- растоянке между осями вагона О ;

- расстояние между осями соседних вагонов Ь ;

- скорость поезда V ;

- момент инерции и другие параметры рельса;

- коэффициент постели основания железнодорожного полотна }{.

■ • В итоге расчета выдается результат,необходимый при проектировании насыпи;числовая характеристика эксплуатационной надежности коэффициент устойчивости.

Подписано в печать 21.10.94 Форма* 60x84V16 Печать офсетная й-180 Объем I уч.-изд.л. Т.100 ЗаказД// Бесплотно

Московский государственный строительный университет. Типография КГСУ. 129337, Москва, Ярославское ш., 26