Введение к работе
Актуальность темы. Надежная работа железнодорожного пути в значительной мере определяется состоянием земляного полотна железных дорог, которое за последние 10. ..15 лет постоянно ухудшается. Обшая протяженность его с дефектами и деформациями на сети РФ увеличивается и составляет в настоящее время 12. 8%. ее эксплуатационной длины. Участились случаи внезапных отказов объектов эемляного полотна, ранее не числящихся деформирующимися, 1/3 из них требует ограничения скоростей и перерьша в движении поездов. Все это негативно сказывается на перевозочном процессе. Ежедневно на сети железных дорог России действует до 300 предупреждений об ограничении скоростей движения из-за неудовлетворительного состояния земляного полотна, нередко происходят перерывы в движении, причем большая их часть (около 70S) приходится на насыпи.
Длительно эксплуатируемые насыпи, как правило, повсеместно имеют развитые балластные шлейфы , которые образовались с течением времени при выполнении ремонтов и текущего содержания пути, часто с вавышенной крутизной откосов, что может привести к сплывам и оползаниям откосов под воздействием природных и техногенных факторов.
Изучению влияния этих факторов на прочность и устойчивость грунтовых сооружений, в том числе железнодорожных насыпей, посвящено значительное количество исследований, в том числе М. В. Аверочки-ной, Д. Д. Баркана, М.В.Вериго. В. В. Виноградова, С. А. Вознесенского, М. Н. Голъдмгейна, Е Г. Грушевого, К-Д.Дшунса, Э. М. Доброва.Г. Н. Жинки-на, В. И. Заворицкого, їй К. Зарецкого, В. Д. Казарновского, И. И. Кандау-рова, Г. Г. Конюіша, Л С. Лапидуса, Н. Н. Маслова, П. Г. Пешкова, Г. И. Покровского, И. В, Прокудина, Ю. В. Пудова, В. И. Рувинского, В. П. Титова, А. Я Ту-лаева, И. С. Федорова, Г. М. Елхунянца, Т.Г.Яковлевой и многих других, выполненных, для решения задач в области строительства .и эксплуата-
- 4 -ции автомобильных и железных дорог, а также промышленно-гражданского и гидротехнического строительства, отдельные ре&ультаты которых были использованы в диссертации.
Традиционными способами усиления и стабилизации насыпей с неустойчивыми балластными шлейфами являются срезка шлейфов и отсыпка контрбанкетов иа дренирующих грунтов. Несмотря на то, что эти способы надежны, они обладают существенными недостатками: требуют больших объемов дефицитных дренирующих грунтов, удлинения водопропускных труб, отвода значительных площадей культурных земель под основания контрбанкетов, выноса в ряде случаев коммуникаций;значительных "окон"; приводят к большим затратам средств и времени и не осуществимы в стесненных условиях. В связи с этим, создание новых эффективных способов, обеспечивающих надежную эксплуатацию насыпей с балластными шлейфами, альтернативных традиционным, и по возможности, лишенных указанных недостатков, актуально и является предметом исследований в диссертации.
Целью исследования является разработка нового способа усиления и стабилизации насыпей с нестабильными балластными шлейфами с помощью анкерных конструкций.
методика исследований базируется на анализе опыта эксплуатации длительно эксплуатируемых желеэнодородных насыпей с балластными шлейфами и результатах исследований, выполненных в области земляного полотна по армированию грунтов.
В качестве аппарата исследования применялись: теория вероятностей, теории упруго-деформированных и зернистых сред, методы математической статистики и статистического планирования эксперимента, метод предельного равновесия, метод конечного элемента, сравнительный анализ; экспериментальная часть работы были выполнена методами физического моделирования на стенде и на центрифуге.
- б -
Научная новизна результатов исследований заключается в решении задачи обеспечения устойчивости эксплуатируемых железнодорожных насыпей с балластными шлейфами путем теоретического обоснования и практического применения армогрунтовых удерживающих сооружений в виде анкерных конструкций. При этом в работе впервые, применительно для насыпей желеэннх дорог
установлены количественные зависимости геометрических размерных параметров насыпей с балластными шлейфами от высоты насыпей;
предложена классификация'способов усиления и стабилизации насыпей с балластными шлейфами;
применены вероятностный м~тод и метод учета динамического состояния насыпей при оценке' устойчивости балластных шлейфов;
получены зависимости для количественной оценки влияния погрешности определения характеристик грунтов шлейфов, применяемых в расчетных силовых моделях на результаты расчета коэффициента устойчивости;
применена полиномиальная модель, полученная методом поллофак-торного численного эксперимента, для оценки и прогноза устойчивости балластных шлейфов;
разработана методика расчета и проектирования анкерных конструкций для закрепления балластных шлейфов;
получены параметры сопротивления выдергиванию инъекционного анкера в системе "анкер - грунт" в зависимости от влажности глинистого грунта;
разработана методика обоснования рациональной схемы установки анкерной конструкции на откосе насыпи путем постановки полного трехфакторного эксперимента по центробежному моделированию насыпей с балластными шлейфами, армированных анкерами;
создана анкерная конструкция для закрепления балластных шлей-
- б -фов и разработана технология ее устройства.
Практическая ценность работы состоит в разработке нормативного документа, утвержденного МПС (соискатель - один из соавторов), который позволяет использовать разработанные в диссертации методики, расчетные модели, конструктивные и технологические решения по устройству анкерных конструкций для закрепления нестабильных балластных шлейфов эксплуатируемых насыпей на железных дорогах России и стран СНГ.
Реализация работы. Вопросы, поставленные и решенные в диссертации, разрабатывались автором в рамках отраслевой научно-технической программы "Разработка и внедрение комплекса методов и способов «
по обеспечению эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог", которая выполнялась в соответствии с Указанием ШВ N А -2Б1у от 22.01.88 г в течение 1987-1992 гг. МИИТом'как головной организацией.
Отдельные положения работы и основные результаты исследований получили внедрение на ряде железных дорог и позволили разработать и внедрить следующие нормативные документы, одним из соавторов которых является диссертант:
"методические рекомендации по прогнозированию надежной работы железнодорожных насыпей в условиях интенсивной эксплуатации пу-ти"(Главное упр.1 пути МПО. Утв. 10.06.87 г.);
"Технические указания по усилению и стабилизации насыпей на прочном основании армогрунтовыми поддерживающими сооружения-ми"(Главное упр. пути ЫШ: Утв. 13.12.91 г.);
"Технические указания по усилению насыпей с нестабильными балластными шлейфами армогрунтовыми удерживающими сооружениями'ЧГлав-ное упр. пути МГВ: Утв.2а 12.92 г.).
Работа нашла внедрение при усил*-нии опытной насыпи с балласт-
- 7 -ными шлей^ми 32 км линии енотов-Житомир KVo-Заиадной железной дороги.
Апробация работы. Отдельные вопросы и основные положения диссертации докладывались и были одобрены: на VI научно-технической конкуренции молодых ученых и аспирантов Московского института инженеров железнодорожного транспорта (г.Москва, 1986 г.); на VII научно -технической конференции молодых ученых и специалистов Московского института инженеров железнодорожного транспорта (г. Мэсква, 1987 г.); на 1 научно-технической конференции Факультета "Строительство железных дорог", железных дорог, предприятий транспортного строительства и транспортных вузов в МИЖе (г. Мэсква, 1988 г.); на Всесоюзных научно-технических конференциях "Обеспечение эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог'Ч г. Москва, 1989 г.; г. Ленинград, 1990 г.).
Полностью диссертационная работа рассматривалась и была одобрена кафедрой "Путь и путевое хозяйство" МГУ ПС (МИИТ) 11 апреля 1994 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ и получено авторское свидетельство на изобретение.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего /^3 наименований и пяти приложений.
Работа содержит І00 страниц, в том числе ІЧЧ основного машинописного текста, Ь'Ь" рисунков, Щ таблиц.