4 Проектирование и расчет поперечного профиля пойменной насыпи
4.1 Определение расчётных характеристик грунтов пойменной насыпи
Отсыпка основания насыпи и ее высота заданы в задании. Ширина основной площадки земляного полотна для однопутной линии составляет 6,6 м. Очертание сливной призмы при определении устойчивости насыпи не учитывается.
Крутизна откосов принимается:
0-6 м 1:1,5
6-12 м 1:1,75
В пойменной насыпи со стороны подтопления обязательно устраивается берма, ширина бермы 6м, крутизна откосов 1:2.
При расчете устойчивости насыпи временную поездную нагрузку и вес верхнего строения пути заменяют условными столбиками грунта шириной 2,70м. Высота столбиков грунтов определяется по формулам:
,
,
где
-
объемный вес грунта насыпи при естественной
влажности;
,
где
-
влажность грунтов насыпи,
;
-
нормальная плотность грунтов,
.
.
,
.
Поперечный профиль насыпи показан на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – Поперечный профиль насыпи
Насыпь при естественной влажности.
Коэффициент пористости грунтов насыпи при естественной влажности определяется по формуле:
,
где
-
удельный вес грунта насыпи,
;
- объёмный вес скелета грунта, .
.
Удельное
сопротивление грунтов насыпи
,
.
Коэффициент трения грунта в расчётах принимается равным:
,
где
-
угол внутреннего трения грунта при
естественной влажности,
.
.
Насыпь во взвешенном состоянии.
,
,
.
Основание насыпи во взвешенном состоянии.
,
,
.
Результаты расчетов по определению характеристик грунтов насыпи и основания сведены в таблицу 4.1.
Таблица 4.1
-
Состояние
γ
F
C
Грунт насыпи в естественном состоянии
1,91
0,55
1,40
Грунт насыпи во взвешенном состоянии
1,01
0,42
0,70
Грунт основания насыпи во взвешенном состоянии
1,00
0,40
0,60
4.2 Определение минимального коэффициента устойчивости.
Для определения минимального коэффициента устойчивости задаемся возможной кривой обрушения, для которой оценивается коэффициент устойчивости по формуле:
,
где
-
нормальная составляющая силы собственного
веса каждого отсека;
-
коэффициент внутреннего трения грунта;
-
коэффициент удельного сцепления;
-
длина кривой скольжения в пределах
рассматриваемого отсека;
-
касательная составляющая веса
отсека;
-
гидродинамическая сила.
,
где
-
площадь части сползающего массива,
насыщенного водой;
-
средний уклон кривой депрессии.
Перед тем как изображать кривую обрушения, мы должны спроектировать насыпь по тем параметрам, которые указаны в задании. Затем с нужным радиусом чертим кривую обрушения. Между ней и поверхностью насыпи образуется некая толща земляного полотна. Эту толщу мы разделяем на отсеки, придерживаясь следующих правил:
границы отсеков должны пересекать места перелома поперечного профиля;
границы отсеков должны проходить через места пересечения кривой обрушения и кривой депрессии;
границы отсеков должны проходить в месте пересечения отвесного радиуса и получившейся толщи земли;
длина отсека не должна превышать шесть метров.
Отсеки нумеруют и рассчитывают силы, действующие на них. В дальнейшем все найденные параметры внесены в ведомость. Таких кривых мы изображаем в трёх экземплярах. Это делается для того, чтобы мы смогли найти минимальный коэффициент устойчивости. Ведомости расчета кривых обрушения представлены в таблицах 4.2, 4.3, 4.4. Кривые обрушения изображены в приложении 3.
Таблица 4.2
№ отсека |
α |
cosα |
sinα |
Площадь отсека, м2 |
Вес отсека, т/м |
Q, т |
T=Qsinα |
N=Qcosα |
Fтр=Nf |
l |
Cl |
|||||
ωн |
ωвн |
ωвон |
qн |
qвн |
qвон |
Tсдв |
Туд |
|||||||||
1 |
51,0 |
0,629 |
0,777 |
1,120 |
0,000 |
0,000 |
2,139 |
0,000 |
0,000 |
2,139 |
1,662 |
|
1,346 |
0,740 |
2,400 |
3,360 |
2 |
49,0 |
0,656 |
0,755 |
2,300 |
0,000 |
0,000 |
4,393 |
0,000 |
0,000 |
4,393 |
3,315 |
|
2,882 |
1,585 |
1,400 |
1,960 |
3 |
47,0 |
0,682 |
0,731 |
5,040 |
0,000 |
0,000 |
9,626 |
0,000 |
0,000 |
9,626 |
7,040 |
|
6,565 |
3,611 |
2,200 |
3,080 |
4 |
44,0 |
0,719 |
0,695 |
7,140 |
0,000 |
0,000 |
13,637 |
0,000 |
0,000 |
13,637 |
9,473 |
|
9,810 |
5,395 |
2,000 |
2,800 |
5 |
42,5 |
0,737 |
0,676 |
6,200 |
0,000 |
0,000 |
11,842 |
0,000 |
0,000 |
11,842 |
8,000 |
|
8,731 |
4,802 |
1,200 |
1,680 |
6 |
40,5 |
0,760 |
0,649 |
10,080 |
0,000 |
0,000 |
19,253 |
0,000 |
0,000 |
19,253 |
12,504 |
|
14,640 |
8,052 |
1,800 |
2,520 |
7 |
32,0 |
0,848 |
0,530 |
74,800 |
0,000 |
0,000 |
142,868 |
0,000 |
0,000 |
142,868 |
75,709 |
|
121,159 |
66,637 |
11,800 |
16,520 |
8 |
17,5 |
0,954 |
0,301 |
41,340 |
18,880 |
0,240 |
78,959 |
19,069 |
0,240 |
98,268 |
29,550 |
|
93,720 |
51,546 |
11,200 |
15,680 |
9 |
9,0 |
0,988 |
0,156 |
12,400 |
20,460 |
4,340 |
23,684 |
20,665 |
4,340 |
48,689 |
7,617 |
|
48,089 |
26,449 |
6,200 |
8,680 |
10 |
2,0 |
0,999 |
0,035 |
3,740 |
12,960 |
3,600 |
7,143 |
13,090 |
3,600 |
23,833 |
0,832 |
|
23,818 |
13,100 |
3,600 |
5,040 |
I |
4,0 |
0,998 |
0,070 |
0,120 |
17,280 |
5,000 |
0,229 |
17,453 |
5,000 |
22,682 |
|
1,582 |
22,627 |
12,445 |
8,600 |
12,040 |
kу = |
1,691 |
Ω= |
177,460 |
|
|
D= |
3,549 |
|
155,70 |
1,58 |
|
194,36 |
|
73,360 |
||
Таблица 4.3
№ отсека |
α |
cosα |
sinα |
Площадь отсека, м2 |
Вес отсека, т/м |
Q, т |
T=Qsinα |
N=Qcosα |
Fтр=Nf |
l |
Cl |
|||||||||||||||||||||
ωн |
ωвн |
ωвон |
qн |
qвн |
qвон |
|
Tсдв |
Туд |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
1 |
47,5 |
0,676 |
0,737 |
1,400 |
0,000 |
0,000 |
2,674 |
0,000 |
0,000 |
2,674 |
1,971 |
|
1,807 |
0,994 |
2,400 |
3,360 |
||||||||||||||||
2 |
45,5 |
0,701 |
0,713 |
2,500 |
0,000 |
0,000 |
4,775 |
0,000 |
0,000 |
4,775 |
3,406 |
|
3,347 |
1,841 |
1,400 |
1,960 |
||||||||||||||||
3 |
43,0 |
0,731 |
0,682 |
5,180 |
0,000 |
0,000 |
9,894 |
0,000 |
0,000 |
9,894 |
6,748 |
|
7,236 |
3,980 |
2,200 |
3,080 |
||||||||||||||||
4 |
34,5 |
0,824 |
0,566 |
43,200 |
0,000 |
0,000 |
82,512 |
0,000 |
0,000 |
82,512 |
46,735 |
|
68,000 |
37,400 |
2,000 |
2,800 |
||||||||||||||||
5 |
18,5 |
0,948 |
0,317 |
38,540 |
0,660 |
0,000 |
73,611 |
0,667 |
0,000 |
74,278 |
23,569 |
|
70,440 |
38,742 |
1,200 |
1,680 |
||||||||||||||||
6 |
10,0 |
0,985 |
0,174 |
12,400 |
6,820 |
0,000 |
23,684 |
6,888 |
0,000 |
30,572 |
5,309 |
|
30,108 |
16,559 |
1,800 |
2,520 |
||||||||||||||||
7 |
1,5 |
1,000 |
0,026 |
8,400 |
7,140 |
0,000 |
16,044 |
7,211 |
0,000 |
23,255 |
0,609 |
|
23,247 |
12,786 |
11,800 |
16,520 |
||||||||||||||||
I |
2,0 |
0,999 |
0,035 |
0,000 |
6,120 |
0,000 |
0,000 |
6,181 |
0,000 |
6,181 |
|
0,216 |
6,177 |
3,398 |
8,600 |
12,040 |
||||||||||||||||
kу |
1,765 |
Ω= |
111,620 |
|
|
D= |
2,232 |
|
88,346 |
0,216 |
|
115,699 |
|
43,960 |
||||||||||||||||||
Таблица 4.4
№ отсека |
α |
cosα |
sinα |
Площадь отсека, м2 |
Вес отсека, т/м |
Q, т |
T=Qsinα |
N=Qcosα |
Fтр=Nf |
l |
Cl |
|||||||||||||||||||||
ωн |
ωвн |
ωвон |
qн |
qвн |
qвон |
Tсдв |
Туд |
|||||||||||||||||||||||||
1 |
54,0 |
0,588 |
0,809 |
11,960 |
0,000 |
0,000 |
22,844 |
0,000 |
0,000 |
22,844 |
18,481 |
|
13,427 |
7,385 |
12,200 |
17,080 |
||||||||||||||||
2 |
35,0 |
0,819 |
0,574 |
12,000 |
0,000 |
0,000 |
22,920 |
0,000 |
0,000 |
22,920 |
13,146 |
|
18,775 |
10,326 |
11,200 |
15,680 |
||||||||||||||||
3 |
12,5 |
0,976 |
0,216 |
5,580 |
0,000 |
0,000 |
10,658 |
0,000 |
0,000 |
10,658 |
2,307 |
|
10,405 |
5,723 |
6,200 |
8,680 |
||||||||||||||||
4 |
5,0 |
0,996 |
0,087 |
2,240 |
0,000 |
0,000 |
4,278 |
0,000 |
0,000 |
4,278 |
0,373 |
|
4,262 |
2,344 |
3,400 |
4,760 |
||||||||||||||||
kу |
2,060 |
Ω= |
31,780 |
|
|
D= |
0,636 |
|
34,307 |
0,000 |
|
25,778 |
|
46,200 |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
Вывод:
,
значит насыпь устойчива, обладает
необходимым запасом устойчивости.