УДК 625.12.

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛЕССОВИДНЫХ СУПЕСЕЙ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Абдукаримов Абдувахоб Макамбаевич1, Мирсалихов Зафар Эркинович1
1Ташкентский институт инженеров железнодорожного транспорта

Аннотация
Приведены количественные результаты лабораторных исследований прочностных и деформативных характеристик лессовидных супесей с учетом вибродинамических нагрузок от проходящих скоростных поездов.

Ключевые слова: , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Абдукаримов А.М., Мирсалихов З.Э. Исследование механических свойств лессовидных супесей при воздействии вибродинамической нагрузки // Современные научные исследования и инновации. 2018. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2018/04/86328 (дата обращения: 08.06.2018).

Лессовые породы часто разделяют на типичные лессы и лессовидные грунты. Типичный лессовый грунт это – однородный и мощный слой лесса создается только из эоловой пыли путем почвообразовательных процессов, идущих одновременно с ее накоплением, и характеризуется просадочностью от собственного веса или от незначительных внешних нагрузок при увлажнении.

Исследование несущей способности и деформаций железнодорожного земляного полотна убедительно свидетельствует о решающей роли вибродинамического воздействия от проходящих поездов.

В соответствии с планом развития скоростного и высокоскоростного движения в Республике Узбекистан к 2020 году намечено открытие скоростного движения поездов на линии Самарканд –Бухара и др. Изучение особенностей геологического строения этих участков показывает, что 50 – 60 % их длины предоставлено насыпями, сложенными лессовидными супесями [7, 8].

Абсолютно не ясно, как поведет себя лессовидная супесь, уложенная в тело земляного полотна, при повышенном вибродинамическом воздействии. Таким образом, актуальным вопросом является прогнозирование несущей способности и деформативности земляного полотна из лессовидных супесей при скоростном движении поездов. Это дает основание для разработки конструктивных решений насыпей, возведенных в таких условиях. Для решения поставленной задачи необходимо оценить влияние вибродинамической нагрузки на прочностные и деформативные свойства лессовидной супеси, в частности на сцепление, угол внутреннего трения и модуль общий деформации. Все это определяет необходимость проведения ряда лабораторных экспериментов, результаты которых приведены в данной работе.

Для проведения исследования прочностных и деформационных свойств лессовидной супеси были отобраны образцы грунтов на скоростном железнодорожном участке Боявут – Янги Янгиер в Республике Узбекистан [6]. Земляное полотно представлено насыпью высотой 2,2 метра, отсыпаннойлессовидной супесью. Образцы лессовидной супеси отбирались монолитаминенарушенного сложения в соответствии с [4]. Физико-механические характеристики этих образцов представленыв табл. 1.

Таблица 1. Основные физические свойства лессовидной супеси

Показатель

Супесь

1 Плотность грунта, ρ, г/см3

2,15-2,20

2 Плотность частиц грунта, ρs, г/см3

2,7

3 Естественная влажность грунта, We, %
4 Плотность сухого грунта ρd, г/см3

1,86-1,87

5 Влажность на границе текучести WL,%
6 Влажность на границе раскатывания Wp, %
7 Число пластичности, IP
8 Фактический коэффициент уплотнения

0,99 – 1,02

усредненное значение по результатам серий экспериментов.

Фактический коэффициент уплотнения определен по методу стандартного уплотнения в соответствии с [3].Из таблицы видно, что грунт является лессовидной супесью, в полутвердом состоянии, и обладает высокой плотностью сложения.

Существует различные методики испытаний для определения прочностных и деформативных характеристик: компрессионные и стабилометрические. Компрессионные испытания не отображают реальную работу грунта в натурных условиях, поскольку проводятся в условиях невозможного бокового расширения.Стабилометрический метод дает более точно смоделировать напряженное состояние грунтов земляного полотна. Исходя из этого, исследования выполнялись в вибростабилометреЛИИЖТа, который создает сложное вибродинамическое воздействие на образец грунта в условиях трехосного напряженного состояния.

Вибродинамическая нагрузка в камере стабилометра моделировалось изменением гидравлических давлений от 0,3 до 0,9 кгс/см2.

Для лессовидной супеси при скоростях до 200 км/ч на уровне основной площадки земляного полотна он составляет от 250 мкм до 500 мкм при изменении частоты от 1 Гц до 200 Гц в зависимости от состояния верхнего строения пути, земляного полотна и его основания[1, 2]. В связи с этим, максимальная вибродинамическая нагрузка в камере стабилометрабыла принята на уровне 500 мкм.

Прочностные и деформативные свойства лессовидной супеси были определены в соответствии с действующими требованиями к испытаниям[5].

Результаты исследований прочностных характеристик лессовидной супеси представлены в таблице 2.

Анализ табл.2 показывает, что относительное снижение прочностных характеристик лессовидной супеси под влиянием вибродинамического воздействия существенно зависит от влажности грунта. Лессовидные супеси в твердой консистенции мало чувствительны к вибродинамической нагрузке. Коэффициент снижения сцепления составляет всего 7% и соответственно коэффициент снижения угла внутреннего трения 6% при действии максимальной вибродинамической нагрузке.

Таблица 2. Прочностные характеристики лессовидной супеси при действии статической и вибродинамической нагрузке.

Консистенция , JL

Влажность, W %’

статика

динамика

Относительное снижение удельного сцепления Кс

Относительное снижение угла внутреннего тренияКφ

Сцепления c,

кг/см2

Угол вн.тренияφ, град

Сцепления c,

кг/см2

Угол вн.тренияφ, град

<0

13

0,163

32

0,151

30

0,07

0,06

0,14

15

0,152

31

0,125

28

0,17

0,10

0,43

17

0,142

29

0,102

24

0,28

0,17

0,71

19

0,139

22

0,12

19

0,14

0,14

С увеличением влажности до 15% что соответствует пластичной консистенции,коэффициент снижения сцепления и коэффициент снижения угла внутреннего трения грунта увеличиваются и составляют соответственно17% и 10%.

Максимальная чувствительность лессовидной супеси к вибродинамической нагрузке лессовидной супеси достигается в пластичном состоянии. При этой консистенции коэффициент снижения сцепления составляет 28%, а коэффициент снижения угла внутреннего трения 17% при действии максимальной вибродинамической нагрузке.

Результаты исследований деформативных характеристик от показателя консистенции грунта представлены на рис. 1.

1 – Статические компрессионные испытания, 2 – усредненные значение статических испытаний при боковом давлении 0,08, 0,06, 0,04 МПа. 3 – усредненные значение вибродинамических испытаний при боковом давлении 0,08, 0,06, 0,04 МПа.

Анализ графиков (рис. 1.) показывает, что во всех испытаниях значения модуля деформации, получаемые при динамических условиях, оказались ниже, чем при статических испытаниях, однако, разница между этими величинами при разной консистенции разная. При консистенции -0,2, т.е. твердой консистенции, этот разница составляет 12%, при показателе консистенции 0, разница достигает до 38%, при консистенции 0,1 – 45%, а при показателе консистенции 0,3, разница между статическими и динамическими модулями деформации достигает 68%.С последующим увеличением влажности этот разница снижается.


Рис. 1 Изменение модуля деформации лессовидной супеси в зависимости от показателя консистенцииIL.

Это обуславливается тем, что слабые водонасыщенные грунты обладают настолько низкими статическими деформативными характеристиками, что влияние вибродинамических нагрузок при высокой влажности несущественно.

Из (рис. 1) видно, что при испытаниибез возможности бокового расширения (компрессия) модуль деформации значительно превышает значения, полученные с возможностью частичного боковогорасширения.

Результаты относительного снижения модуля деформации лессовидной супеси представленына рис. 2. На рис. 2 также представлены данные по изменение КЕ, полученные И.В. Прокудиным, В.П. Великотным и др. для тяжелой пылеватой супеси и жирной глины.


Рис. 2 Изменение коэффициента относительного снижения модуля деформации КЕ в зависимости от консистенции.

1 – супесь тяжелая пылеватая; 2 – лессовидная супесь; 3 –глина жирная.

Зависимость КЕ=f(IL), представленная на (рис. 2 кривая 2) показывает, что наибольшее влияние вибродинамическая нагрузкана Еоказывает при консистенцииот 0,2 до 0,4, а максимальный уровень коэффициента относительного снижения модуля деформации приходится к показателю консистенции 0,3 (пластичная консистенция) и составляет 68%. Для тяжелой пылеватой супеси и жирной глинысамый высокий уровень коэффициента относительного снижения приходится на консистенцию 0,3 и составляют соответственно 87% и 58%.Последующее увеличение влажности IL˃ 0,4,не существенно сказывается на снижении модуля деформации при действии вибродинамической нагрузки.

По нормативным документам грунты,применяемые, в конструкции земляного полотна, ограничиваются показателем консистенции 0,5, а для высоких насыпей до 12 м показателем консистенции до 0,25. Лессовидная супесь максимально снижает свои деформативные характеристики именно в пластичном состоянии. Таким образом, те грунты, из которых отсыпается земляное полотно, подвержены наибольшему влиянию вибродинамической нагрузки. Это еще раз доказывает, что при возведении железнодорожного земляного полотна лессовидными супесями нужно учитывать влияния вибродинамического воздействия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализируя приведенные данные можно сделать вывод, что увеличение влажности лессовидной супесиземляного полотна приведет к резкому уменьшению сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации. При этом, очевидно, что вибродинамическое воздействие еще больше увеличивает это снижение особенно при пластичном состоянии. По результатам экспериментальных исследований установлено, что максимальное значение коэффициента относительного снижения сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации лессовидной супеси, достигается при показателе консистенции 0,3 и составляет соответственно 28%, 17% и 68%. Приведенные факты еще раз наглядно подтверждают необходимость учета действия вибродинамической нагрузки для прогнозирования несущей способности и деформативности земляного полотна из лессовидных супесей.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Колос А.Ф., Абдукаримов А.М. Методика расчета амплитуд колебаний грунтов земляного полотна, отсыпанного лессовидных грунтов// Известия ПГУПСа. – 2011. -№1. –С.71-78.
  2. Мирсалихов З.Э. Особенности распространения колебаний в земляном полотне железнодорожного пути, сооружаемого из лессовидных грунтов в Республике Узбекистан в условиях скоростного движения поездов // Инженерный вестник Дона [Электронный журнал]. – 2012.  –  №  3. URL: http://ivdon.ru/magazine/latest/n3y2012/1010/
  3. ГОСТ 22733 – 2002 Грунты. Методы лабораторного определения максимальной плотности.// -М. 2002.
  4. ГОСТ 12071-2000 – Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.// – М. 2000.
  5. ГОСТ 12248-96 – Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.// – М. 1996.
  6. Абдукамилов Ш.Ш. Расчет несущей способности земляного полотна, отсыпанного барханными песками, воспринимающими вибродинамическую нагрузку//Вестник ТашИИТ. 2012. Вып. 4. С. 7-12.
  7. Корнилов С.Н., Абдукамилов Ш.Ш. Результаты экспериментального изучения прочностных характеристик барханных песков, слагающих железнодорожное земляное полотно // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2015. № 1 (49). С. 105-110.
  8. Мусаев О.М. Дополнительный учёт динамических вибраций в модели гидрофицированного гасителя колебаний при постоянном демпфировании/О.М. Мусаев, И.С. Юткина//Вестник ТашИИТ, № 1, 2016. -с. 67-71


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Мерганов Аваз Мирсултанович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация