РГР. Расчеты устойчивости откоса пойменной насыпи и дренажей

• Название: Расчеты устойчивости откоса пойменной насыпи и дренажей
• Дата: 15.04.2022
• Размер: 1.27 Mb.
• Имя файла: РГР.docx
• Тип: Реферат; #475282
• страница: 1 из 3

Кафедра: «Путь и путевое хозяйство»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Железнодорожный путь»

на тему: «Расчеты устойчивости откоса пойменной насыпи и дренажей»

вариант № 26

Выполнил: студент группы

Проверил: к.т.н., доцент ________________

Ростов-на-Дону

2020



Содержание

Введение 4

1 Проектирование поперечного профиля насыпи 5

1.1 Определение высоты наката волны 5

1.2 Расчёт устойчивости насыпи 6

1.3 Расчёты укрепления откосов 13

1.3.1 Вариант каменной наброски 13

1.4.2 Вариант плитного покрытия 14

2 Проектирование дренажа 16

2.1 Определение технической эффективности дренажа 16

2.2 Определение размерных параметров дренажной траншеи 18

2.3 Определение срока осушения междренажного пространства 19

2.4 Гидравлический расчет дренажа 20

2.5 Выбор дренажных труб, смотровых колодцев 22

Заключение 24

Список использованных источников 25

Введение

Земляное полотно железной дороги является сложным грунтовым инженерным сооружением, которое служит основанием для верхнего строения пути, и от стабильности насыпей и выемок зависит надежность и безопасность движения поездов. Следовательно, при изучении железнодорожного пути целесообразно выполнить проектирование сложного объекта земляного полотна, например, высокой подтопляемой пойменной насыпи второго пути (у раздельного мостового перехода) и оздоровления выемки эксплуатируемого первого пути.

Для обеспечения стабильности пойменной насыпи следует выполнять расчеты необходимой плотности грунта, устойчивости откосных зон насыпи от смещений, укрепления их от размывов, прогнозных осадок основания насыпи. Для оздоровления выемки может быть разработан комплекс мероприятий по регулированию поверхностного стока нагорной канавой, подземных (грунтовых) вод дренажем, сооружению противопучинных конструкций.

1 Проектирование поперечного профиля насыпи

1.1 Определение высоты наката волны

Пойменная насыпь у раздельного мостового перехода однопутная. Ширина основной площадки земляного полотна (насыпи) В_оп принимается в соответствии с категорией железной дороги.

Высота насыпи Н_н определяется:

Н_н = О_бр – О_ос.

Пойменные насыпи проектируются обычно с бермами для повышения устойчивости и укрепления покрытиями низовых частей откосов от волнового воздействия.

Положение бермы принимается на отметке наката волны Н_нк:

Н_нк=d_f+d_пд+ ∆h_set+ h_run1%+ а,

где d_f – глубина водоема у подошвы насыпи;

d_f = О_вв–О_ос;

d_пд – высота подпора воды у искусственного сооружения, м;

∆h_set– величина ветрового нагона воды, м;

h_run1%– высота наката волны на откос (обеспеченность 1%), м;

а – величина запаса по высоте (0,5 м – для насыпи; 0,25…0,3 м – для незатопляемых берм.

Величины ∆h_set, h_run1% определяются с учетом скоростей ветра v_вт и длины разгона ветровых волн L_вв, параметров волны: длины λ_в, высоты h_в, периода T_в.

λ_в, h_в, d_пд, h_set указаны в задании;

h_run1%≈(0,8…1,0)∙h_в.

При проектировании пойменной насыпи предварительно определяется Н_нк и соответственно положение бермы.

Дано:уровень статического горизонта воды: О_вв= 202,5;

отметка основания: О_ос = 195,58; d_пд = 0,40 м;

h_set = 0,22 м; λ_в = 9,58 м; h_в= 0,82м.

Расчетная схема приведена на рисунке 1.2.

Решение:

d_f = 202,5 – 195,58 = 6,92 м;

h_run1% = 1,0 · 0,82 = 0,82 м;

а= 0,25 м.

H_нк= 6,92 + 0,4 + 0,22+ 0,82 + 0,25 = 8,61 м;

О_нк = 195,58 + 8,61 = 204,19.

На поперечном профиле пойменной насыпи, на уровне Н_нк, положение бермы принимается по высоте.

Ширина бермы В_б определяется при проектировании поперечного профиля по условию устойчивости насыпи (В_б ≥ 4,0 м) и технологии работ.
1.2 Расчёт устойчивости насыпи

Поперечный профиль пойменной насыпи проектируется по условию обеспечения ее устойчивости. Коэффициент устойчивости насыпи из глинистых грунтов определяется графоаналитическим способом при круглоциллиндрической поверхности смещения. Графически определяют размерные параметры b_i, h_i-1, h_i площадей ω_i отсеков; частей отсеков насыпи неувлажненных ω_н(выше кривой депрессии), увлажненных ω_нв(ниже кривой депрессии), увлажненного основания ω_осв.

Вычисляем:

-удельный вес грунта увлажненной части насыпи:

γ_нв= (γ_sн– γ_в)/(1 + е_н);

-основания: γ_осв=(γ_sос– γ_в)/(1+е_ос);

-площади (части) отсеков: ω_i=0,5(h_i-1 + h_i)b_i;

-вес отсеков неувлажненной зоны: Q_нi= γ_нω_нi; γ=ρg;

-неувлажненной и увлажненной зоны насыпи: Q_нвi= γ_нω_нi+ γ_нвω_нвi,то же с учетом увлажненной части основания:

_Qосвi= γ_нω_нi+ γ_нвω_нвi+γ_освω<sub>освi.

Измеряем</sub> радиус R, проекции радиуса х_iдля каждого отсека, определяем синусы, косинусы углов β_i между направлениями вертикальных векторов веса и радиуса для каждого отсека.

Вычисляем: sin_i = x_i/R;cos_i= ;

f_н= tg φ_н; f_нв= k_ff_н; f_oc= tg φ_oc; f_осв= k_f f_oc, где k_f= 0,7…0,8.

Измеряем центральные углы α_н, α_нв, α_осв; длины основания отсеков l_i или вычисляют длины кривых l_αi= π R α_i / 180 = ∑l_i.

Определяем гидродинамическую силу: Р_гд= I_оγ_в (∑ω_нвi+ ∑ω_освi). Коэффициент устойчивости рассчитывается по формуле:

^Кус^{= М}уд^/Мсд^{= ∑Р}удi^/∑Рсдi,

где М_уд, М_сд– моменты удельного сдвига сил.

В развернутом виде вычислительная формула имеет следующий вид:

K_ус= [f_н∑ (Q_нi∙ cos∑_i) + f_нв∑ (Q_нвi∙ cosβ_i) + f_осв∑ (Q_освi∙ cosβ_i) + с_н∑l_нi+ с_нв∑l_нвi+ с_осв∑l_освi+ ∑ (Q_освi∙ sinβi) _уд]/ [∑ (Q_нi∙ sinβ_i) + ∑ (Q_нвi∙ sinβ_i) + ∑ (Q_ocвi∙ sinβ_i)_cд+ Р_гд].

Должно быть К_ус≥ К_зд=1,2.

Дано: О_бр = 213,53; Н_н = 17,95 м; В_б= 4,0 м;О_ос = 195,58 м; О_нк= 204,19 м.

Характеристики грунта насыпиγ_sн= 26,29 кН/м³; γ_н=19,45кН/м³;

W = 18%; е_н= 0,68; с_н= 41 кПа; φ_н= 28^◦; I_о=0,07;

Характеристики грунта основания: γ_sос= 26,09 кН/м³; с_ос= 41 кПа;

φ_ос= 26^◦, W= 18%.

Нагрузки: шпалы деревянные, р_вс= 15,0 кПа; b_вс= 4,50 м, заданный коэффициент устойчивости К_зд=1,2.

Графические построения расчетной схемы. Поперечный профиль насыпи (рисунок 1.2) вычерчиваем (на миллиметровой бумаге в масштабе 1:200) по типовым очертаниям m₁= 1,5; m₂= 1,75; m₃= 2,0. Берма размещается на уровне Н_нк.

Нагрузки р_п, р_всзаменяем эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта шириной b_э=b_п= 2,75 м, высотой h_э:
_hэ= (р_п+ р_всb_вс/ b_п) / γ<sub>н

Нн = Обр - Оос = 213,53 – 195,58 = 17,95 м;</sub>

h_{э= (80 + 15 ∙ 4,5 / 2,75) / 19,45 = 5,38 м}
Устанавливаем точки (подошвы откоса А, удаленного конца шпалы В), через которые пройдет возможная кривая смещения. Соединяем точки хордой АВ, к середине восстанавливаем перпендикуляр (линия центров ОМ), проводим вспомогательную линию под углом 30…36⁰к горизонтальной нижней грани фиктивного столбика грунта до пересечения с линией центров в точке О. Радиусом R= ОА = ОВ = 36 м описываем кривую возможного смещения, опускаем вертикаль ОС. Проводим кривую депрессии от точки пересечения линии О_ввс осью пути с уклоном I_о.

Разбиваем массив смещения на отсеки с учетом переломов профиля, сухой BEи обводненной ЕFчастей насыпи и основания FAс площадями ω_iи их частями: ω_н– в неувлажненных зонах отсеков насыпи; ω_нв– увлажненных; ω_осв– увлажненных зонах основания насыпи.

Проводим лучи из точки О к границам сред обводнения ОЕ, ОF. Определяем центральные углы α₁ = 24^◦, α₂= 26^◦, α₃ = 20^◦, измеряя транспортиром.

_{Измеряем в масштабе расчетной схемы горизонтальные расстояния} х_iот вертикали (из центра О) до середины каждого отсека – проекции радиуса R_i; размеры отсеков: высоту h_i, ширину b_i( и, возможно, длину основания l_i

Таблица 1.1 – Расчетные показатели К_ус(R= 36м)

Наименование показателей	Значения расчетных показателей по отсекам										Сумма
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11		12
хi,м	30,2	27,9	24,3	19,8	15,5	10,8	7,4	4,7	1,7	3,1
sini= хi/R	0,8389	0,7750	0,6750	0,5500	0,4306	0,3000	0,2056	0,1306	0,0472	0,0861
cosi	0,5443	0,6320	0,7378	0,8352	0,9025	0,9539	0,9786	0,9914	0,9989	0,9963
bi, м	2,7	1,8	5,4	3,6	5,0	4	2,8	2,6	3,4	6,2
hн(i-1), м	5,4	4,4	6,6	7,9	5,6	2,6	2,8	1,2
hнi, м	9,8	6,6	7,9	5,6	2,6	2,8	1,2	0
нi,м2	20,52	9,9	39,15	24,3	20,5	10,8	5,6	1,56
Qнi=γннi,кН	399,11	192,56	761,47	472,64	398,73	210,06	108,92	30,34
Qнicosi	217,24	121,70	561,81									900,75
Qнisini	334,81	149,23	513,99									998,03
hнв(i-1), м				0	2,2	4,2	5,2	5,8	5,6
hнвi,м				2,2	4,2	5,2	5,8	5,6	0

'нвi,м2				3,96	16,00	18,80	15,40	14,82	9,52		85,44
Q'нвi= γнв'нвi,кН				38,85	156,96	184,43	151,07	145,38	93,39
Qнвi= Qнi+Q'нвi				511,49	555,69	394,49	259,99
Qнвicosi				427,20	501,51	376,30	254,43				1559,44
Qнвisini				281,32	239,28	118,35	53,45				692,4
hос(i-1),м								0	0,4	0,6
hосi, м								0,4	0,6	0
''осi,м2								0,52	1,7	1,86	4,08
Q''оci=осi''осi, кН								5,18	16,93	18,53
Qоci=Qнi+ Q'нвi+Q''оci								180,9	110,32	18,53
Qоcicosi								179,34	110,20	18,46	308,00
Qоcisini/сд								23,63	5,21		28,84
Qоcisini/уд										1,59	1,59

Рисунок 1.1 – Компрессионная кривая грунта основания

Решение:

Определяем расчетные параметры для грунта насыпи:

γ_нв= (γ_sн – γ_в) / (1 + е_н) = (26,29 – 9,81) / (1 + 0,68) = 9,81 кН/м³;

- коэффициент трения f_н = tg 28^◦ = 0,532;

f_нв = 0,7·0, 532 =0,3724;

- удельное сцепление с_нв = 0,5 · 41 = 20,5 кПа.

Для грунта основания при нагрузке:

σ_ос= γ_нН_н = 19,45·17,95 = 349,13 кПа (после возведения насыпи)

е_ос= 0,634 находим по компрессионной кривой (рисунок 1.1).

^γ_осв = (26,09 – 9,81) / (1 + 0,634) = 9,96 кН/м³

f_ос= tg 26^◦= 0,488; f_осв = 0,7 · 0,488 = 0,3416;

^с_осв= 0,5 · 41 =20,5 кПа.

Расчетные показатели К_ус(х_i, sinβ_i, cosβ_i, b_i, h_i-1, h_i, ω_i, Q_i) приведены в таблице 1.1.

Для контроля ∑l_iвычисляем:







Используя полученные расчетные показатели (таблица 1.1) определяем гидродинамическую силу:

P_гд = 0,07 · 9,81 · (85,44 + 4,08) = 61,47 кН;

Коэффициент устойчивости:

K_ус= (0,532 · 900,75 + 0,3724 · 1559,44 + 0,3416 · 308,0 + 41 ∙ 15,07 + 20,5 ∙ 16,33+ 20,5· 12,56 + 1,59) / (998,03+692,4+28,84+61,47) =

= (2271,64/1780,74) = 1,28

Поскольку К_ус = 1,28>К_зд = 1,20, принимаем поперечный профиль поименной насыпи типовых очертаний с бермой шириной 4,0 м (см. рисунок 1.2).