Особенности проектирования нового и реконструкции существующего земляного полотна на торфяных основаниях: В условиях Сахалинской железной дороги тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.06, кандидат технических наук Пупатенко, Кира Викторовна

• Пупатенко, Кира Викторовна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Пупатенко, Кира Викторовна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие положения

1.2. Особенности работы железнодорожного земляного полотна на

слабых основаниях Сахалинской железной дороги

1.3. Особенности физико-механических характеристик торфяных грунтов, влияющие на стабильность системы "земляное полотно - слабое основание"

1.4. Обзор исследований напряженно-деформированного состояния

системы "земляное полотно - слабое основание"

1.4.1. Особенности напряженно-деформированного состояния слабых оснований железнодорожных насыпей

1.4.2. Влияние порового давления на несущую способность слабых грунтов оснований сооружений

1.4.3. Обзор исследований вибродинамического воздействия подвижного состава на грунты земляного полотна

1.5. Существующие методы проектирования и реконструкции насыпей на слабых основаниях

1.5.1. Дорожно-строительные классификации болот

1.5.2. Существующие методы проектирования земляного полотна на слабых основаниях

1.5.3. Особенности и методы реконструкции железнодорожных насыпей на слабых основаниях

1.6. Цель и задачи исследования

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ "ВЕРХНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ - ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНАЯ НАСЫПЬ - СЛАБОЕ ОСНОВАНИЕ" ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ПОЕЗДНОЙ НАГРУЗКИ

2.1. Экспериментальные исследования напряженного состояния балласта и грунтов насыпи на слабом основании

2.1.1. Аппаратура для исследования напряжений и условия проведения экспериментов

2.1.2. Распределение вертикальных динамических напряжений в балласте и грунтах насыпи

2.1.3. Изменение вертикальных динамических напряжений в зависимости от скорости движения поездов и величин осевых нагрузок

2.2. Исследование угона рельсовых нитей при воздействии поезд-

ной нагрузки на систему «железнодорожный путь - земляное полотно - слабое основание»

2.2.1. Наблюдения за рельсовыми зазорами и угоном пути

2.2.2. Влияние слабого основания на величину амплитуд угона рельсовых нитей

2.2.3. Исследование изменения амплитуд угона рельсовых нитей после усиливающих путь мероприятий

2.3. Исследование упругих деформаций системы «железнодорожный путь - земляное полотно - слабое основание» в результате действия поездной нагрузки

2.3.1. Приборы и методика проведения полевых испытаний

2.3.2. Влияние слабого основания и величин осевых нагрузок

на упругие деформации

2.4. Исследование порового давления в слабом основании железно-

дорожной насыпи

2.4.1. Приборы и методика проведения полевых испытаний

2.4.2. Распределение порового давления в слабом основании

по глубине

2.4.3. Изменение порового давления в системе "насыпь - слабое основание при воздействии нагрузки от подвижного состава

2.5. Выводы по второй главе

3. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ «ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО - СЛАБОЕ ОСНОВАНИЕ»

3.1. Теоретические основы методики численного моделирования

3.2. Методика расчета напряжённо-деформированного состояния системы «земляное полотно - слабое основание» методом конечных элементов в упругопластической постановке

3.2.1. Выбор расчетной схемы

3.2.2. Выбор расчетных прочностных характеристик грунтов системы

3.2.3. Учет активной зоны фильтрации торфяного основания

в процессе численного моделирования

3.2.4. Сравнение расчетных и действующих упругих осадок в грунтах земляного полотна

3.3. Последовательность расчета напряжённо-деформированного состояния системы «земляное полотно - слабое основание»

3.4. Выводы по главе

4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИЙ УСИЛЕНИЯ НОВОГО И ДЛИТЕЛЬНО ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ

4.1. Общие положения

4.2. Применение методики численного моделирования для проектирования земляного полотна на слабом основании

4.2.1. Систематизация типовых поперечных профилей и определение расчетных схем

4.2.2. Формирование расчетных схем

4.2.3. Анализ напряженно-деформированного состояния типовых проектных профилей

4.2.4. Усиление типовых поперечных профилей свайной конструкцией

4.3. Расчет влияния различных технических решений на напряжённо-деформированное состояние системы «конструкция усиления - существующее земляное полотно - торфяное основание»

4.3.1. Усиление насыпей на слабом основании частичной вы-торфовкой

4.3.2. Усиление насыпи на слабом основании шпунтовыми стенками

4.4. Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Особенности проектирования нового и реконструкции существующего земляного полотна на торфяных основаниях: В условиях Сахалинской железной дороги»

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения безопасной и бесперебойной работы железнодорожного транспорта необходимо здоровое, удовлетворяющее современным нормативным требованиям, земляное полотно на прочном основании.

Земляное полотно является долговечным сооружением, на многих линиях оно построено десятки лет назад, и поэтому зачастую не удовлетворяет современным возросшим требованиям к нему. Для железных дорог Дальнего Востока характерными причинами деформаций земляного полотна являются технические факторы (рост осевых нагрузок и скоростей движения подвижных составов, применение новых конструкций верхнего строения пути), а также сложные инженерно-геологические и климатические условия.

Вопросами проектирования, сооружения и реконструкции земляного полотна, функционирующего в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях при воздействии вибродинамических поездных нагрузок, занимались многие ученые. Существенный вклад в исследование проблем прочности, устойчивости и надежности железнодорожного земляного полотна внесли Вериго М.Ф., Гольдштейн М.Н., Жинкин Г.Н., Коган Я.Л., Коншин Г.Г., Лапидус Л.С., Ордуянц К.С., Прокудин И.В., Смирнов М.П., Стоянович Г.М., Титов В.П., Фришман М.А., Чернышев М.А., Шахунянц Г.М., Яковлева Т.Г. и многие другие ученые.

Как показал опыт эксплуатации существующих железных дорог в условиях Дальнего Востока, наиболее трудоемкими в эксплуатации являются насыпи на слабых основаниях, в частности, на болотах.

Органо-минеральные и органические грунты широко распространены на территории России, ими занято более 12 млн. км2. В целом распространение слабых грунтов носит интразональный характер. Так, в пределах Западно-Сибирской низменности заторфованы все пологие водоразделы и речные долины, за исключением крутых склонов террас, болота там занимают площади более 300 тыс. км .

В пределах Средне-Сибирского нагорья заболоченность снижается до 20%, а при продвижении на восток вновь возрастает на юге Дальнего Востока, на Сахалине и Камчатке (заболочено до 5% всей территории). На Сахалине наиболее крупные болота находятся на надпойменных террасах рек Поронай и Тымь, на западном побережье - южнее и севернее мыса Погиби [122].

Для многих районов Дальнего Востока характерен маревый ландшафт: заболоченные редкостойные лиственничные леса, перемежающиеся с участками мо-хо-торфяных болот и ерниковых зарослей, постепенно переходящие в заболоченные луга на юге и в тундру на севере [130]. Кроме постоянных болот, на Дальнем Востоке широко распространены сырые и сезонномокрые места, на которых зачастую нет отложений торфа. Но в период муссонных дождей переувлажненные пылеватые супеси и суглинки, залегающие в таких местах, ведут себя как слабые основания. [74]

С проблемой сооружения дорог на слабых основаниях проектировщики и строители сталкивались в разных районах страны при пересечении трассой рек, болот, озер, вблизи берегов морей. И если еще в недавнем прошлом строители гражданских и промышленных сооружений старались обходить торфяные грунты, возводя объекты на минеральных и даже пахотных землях, то в дорожном строительстве пересмотр места расположения трассы вследствие неблагоприятных грунтовых условий далеко не всегда возможен. По данным ВНИИЖТа на территории нашей страны около 2 тыс. км железнодорожного пути пересекают многочисленные болота.

Проектирование, строительство и реконструкция насыпей на слабых основаниях является сложной комплексной задачей, в состав которой входят: исследования физико-механических свойств, условий залегания грунтов в основании; определение напряженно-деформированного состояния системы «земляное полотно - слабое основание»; выбор эффективного метода усиления и разработка технологии производства работ [100,112].

При работе насыпей на слабых основаниях возможны большие и неравномерные осадки, незатухающие продолжительное время после строительства; крупные деформации насыпей вплоть до нарушения их общей устойчивости, что обусловлено большой сжимаемостью и низкой несущей способностью слабых грунтов. Кроме этого, эксплуатация таких насыпей во многих случаях сопряжена с необходимостью исправления таких дефектов как перекосы и сдвижки пути в плане, образование трещин в земляном полотне, недопустимые упругие деформации, неравномерный угон рельсовых нитей.

В зоне расположения Сахалинской железной дороги широко распространены кочковатые мохо-торфяные мари. В прибрежной зоне речных долин встречаются морские илы, прикрытые сверху мощными образованиями торфа. Мощность торфа составляет 3,0 - 4,5 и более метров [98, с.39].

Актуальность темы. Слабыми торфяными грунтами занято до 5% всей территории юга Дальнего Востока и о. Сахалин. Насыгш на слабых основаниях являются наиболее трудоемкими в эксплуатации. Наиболее рельефно проблемы эксплуатации насыпей на слабых основаниях видны на Сахалинской железной дороге. Это объясняется уникальным сочетанием неблагоприятных факторов:

1. Железные дороги южной части острова были построены по облегченным японским нормам для временной эксплуатации в период с 1906 по 1941 гг. Вследствие этого конструкция земляного полотна не соответствует современным нормативным требованиям: недостаточная высота земляного полотна (0,5 -1м над поверхностью болота), зауженная основная площадка.

2. Неблагоприятное воздействие на состояние земляного полотна оказывает обращающийся по колее 1067 мм общесетевой подвижной состав с повышенными осевыми нагрузками.

3. И, наконец, муссонный характер климата приводит к обводнению грунтов земляного полотна и его основания.

Особые трудности в эксплуатации и текущем содержании земляного полотна на слабом торфяном основании возникают на линии Южно-Сахалинск - Поро-

найск. Здесь наблюдается интенсивный неравномерный угон рельсовых нитей, который является причиной многих неисправностей пути: нарушения зазоров, отступлений от требования расположения стыков по наугольнику, сдвига и перекоса шпал, излома подкладок, разрыва стыковых болтов. Выброс пути на этом участке послужил причиной схода пассажирского поезда.

Планы восстановления тоннеля, соединяющего остров с материком, вызывают необходимость проектирования нового железнодорожного пути, который неизбежно пройдет по крупным болотам северной части острова.

Необходимость устранения перечисленных недостатков в содержании пути на слабых основаниях потребовала изучения факторов, влияющих на работу системы «земляное полотно - слабое основание» с учетом перечисленных особенностей Сахалинской железной дороги и разработки обоснованных технических решений для стабилизации земляного полотна на слабом основании.

Цель исследования состоит в разработке методики проектирования поперечных профилей и усиливающих конструкций для нового и существующего железнодорожного земляного полотна на слабом основании на базе численного моделирования напряженно-деформированного состояния системы «насыпь - слабое основание» методом конечных элементов в упругопластической постановке с учетом особенностей Сахалинской железной дороги.

Для осуществления этой цели в диссертации решаются следующие задачи:

1) экспериментальное изучение напряженно-деформированного состояния грунтов насыпей на слабом основании при воздействии на путь колеи 1067 мм сахалинского и общесетевого подвижного состава;

2) разработка методики численного моделирования системы «земляное полотно - слабое основание», учитывающей перечисленные выше особенности;

3) анализ влияния различных конструкций усиления на напряжённо-деформированное состояние системы «существующее земляное полотно - торфяное основание»;

4) разработка технических решений при проектировании нового и уси-

пении существующего земляного полотна на слабом основании,

В качестве методов диссертационного исследования использованы методы математической статистики, натурный полевой эксперимент, численное моделирование с использованием метода конечных элементов в упругопластической постановке.

Научная новизна. На основе экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния системы «верхнее строение пути - земляное полотно - слабое основание» Сахалинской железной дороги получены зависимости вертикальных напряжений от осевых нагрузок при различных скоростях движения подвижного состава на уровне 0,15 м от подошвы шпалы при воздействии на путь местного и общесетевого подвижного состава. Установлен характер распределения вертикальных напряжений в балластном слое и теле насыпи.

Установлены зависимости амплитуд угона рельсовых нитей от мощности слоя торфа по оси пути и толщины насыпи и балласта. Выявлены зависимости упругих осадок слабого основания от величин осевых нагрузок. Экспериментально подтверждено наличие активной зоны слабого слоя основания при воздействии поездной нагрузки.

Установлен характер изменения порового давления в слабом водонасыщен-ном основании по глубине и при воздействии поездной нагрузки, распределение его в поперечном оси насыпи направлении.

Предложен способ определения деформационных характеристик торфа в основании длительно эксплуатируемых насыпей.

Разработана методика проектирования поперечных профилей для нового и существующего железнодорожного земляного полотна на слабом основании на базе численного моделирования напряженно-деформированного состояния системы «насыпь - слабое основание» методом конечных элементов в упругопластической постановке с учетом особенностей Сахалинской железной дороги.

Практическая ценность работы. Разработанная методика позволяет проектировать реконструктивные стабилизирующие и усиливающие мероприятия для

земляного полотна на слабом основании как в условиях Сахалинской железной дороги, так и на железных дорогах колеи 1520 мм. С использованием методики на кафедре «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПС разработан проект реконструкции земляного полотна на торфяном основании для 100106 км линии Южно-Сахалинск - Поронайск, который в настоящее время поэтапно реализуется.

Разработаны практические предложения по усилению типовых проектных профилей земляного полотна со слабыми грунтами в основании.

Эффект от внедрения разработанной методики заключается в повышении обоснованности принятых конструктивных решений, а также в возможности использования предложенного алгоритма в системах автоматизированного проектирования. Эффект от внедрения рациональных поперечных профилей и конструкций усиления заключается в уменьшении затрат на локомотивное топливо, на текущее содержание пути и в повышении безопасности движения поездов.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и одобрены на семинаре-совещании ученых транспортных вузов, главных инженеров дорог, отделений и линейных предприятий Дальневосточного региона (Хабаровск, ДВГАПС, 1995 г.); научно-технических конференциях (Хабаровск, ХГТУ, 1995 г., ДВГУПС, 1997 г.); второй международной конференции «Проблемы транспорта Дальнего Востока» (Владивосток, ДВО АТР, 1997 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка использованной литературы из 132 наименований и приложений. Работа содержит 146 страниц машинописного текста, 76 рисунков, 14 таблиц, 11 страниц приложений.

Работа выполнялась на кафедрах «Инженерные изыскания и геодезия» и «Железнодорожный путь, основания и фундаменты» ДВГУПС. Автор выражает искреннюю благодарность Г.М. Стояновичу за помощь в организации и проведении полевых экспериментов и С.М. Гончарук за всестороннюю поддержку.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Общие положения

Основания насыпей железных дорог подразделяются на прочные, недостаточно прочные и слабые [124]. Слабые основания - это естественные основания, включающие в себя слои или линзы слабых грунтов. К категории слабых относят несколько видов грунтов, различающихся между собой по особенностям генезиса (обломочные, органогенные, химически осажденные), по условиям формирования (морские, лагунные, озерные, болотные и аллювиальные), по степени минерализации и другим показателям. Основными представителями таких грунтов являются: торфы, заторфованные грунты, сапропели, различные илы.

И.Е. Евгеньев и В.Д. Казарновский [34] ввели количественные показатели слабых грунтов, применяемых в качестве оснований дорожных насыпей: сопротивляемость сдвигу, определяемая в природном состоянии с помощью крыльчаток, не превышает 0,08 МПа или компрессионный модуль деформации Ек<5,1 МПа. При статическом зондировании конусным наконечником к слабым относят грунты с удельным сопротивлением менее 0,09 МПа при стандартном конусе с углом раскрытия 30°. Близкие данные приводят H.A. Цытович и Б.И. Далматов для оснований из слабых грунтов, применяемых в инженерно-строительных целях (прочность ниже ОД МПа и модуль деформации ниже 3-5 МПа).

Для всех слабых грунтов характерны некоторые общие структурно-текстурные особенности: высокая дисперсность; высокая влажность в природном состоянии; высокая пористость; состояние пор, близкое к полному водонасыще-нию; наличие водно-коллоидных связей коагуляционного типа; значительное изменение механических свойств при искусственном нарушении структуры. Как следствие этих особенностей слабым грунтам присущи общие механические ха-

рактеристики: структурность, высокая сжимаемость, переменная водопроницаемость, длительная реологическая деформируемость (ползучесть), малая сопротивляемость внешним силам, а также анизотропия прочностных, фильтрационных и деформационных характеристик под воздействием нагрузок.

Все вопросы диссертации рассмотрены применительно к железнодорожным насыпям на слабых торфяных основаниях (болотах). Следует отметить, что в данной работе под болотами подразумеваются площади, покрытые торфом.

Начало подлинно научному изучению болот для строительства было положено проф. В.И. Курдюмовым, разработавшим в конце XIX в. принципы классификации болот для железнодорожного строительства. Можно отметить несколько исследований конца прошлого - начала XX века органических грунтов, применяемых в строительных целях: И.И. Поклевского-Козелла [78], М.Х. Пигулевско-го [77], Г.И. Покровского [79], И.И. Вихляева [22] и др.

Начиная с 50-х годов широкое развитие получило направление исследований, позволяющее использовать слабые грунты в основании зданий и сооружений при условии учета специфики свойств и условий залегания этих грунтов в конструктивных и технологических решениях. Этому способствовали обобщение накопленного опыта и успехи в теории механики грунтов, инженерной геологии, грунтоведении, реологии и физико-химической механики. Существенный вклад в решение этих проблем внесли многие отечественные и зарубежные ученые: Н.М. Герсеванов, H.H. Маслов [58, 59], М.Н. Гольдштейн [28, 29], В.А. Флорин [116], H.A. Цытович [118, 119, 120], С.С. Вялов [26], Ю.К. Зарецкий [40, 41], К. Терца-ги, Л. Лемб, А. Бишоп, Р. Пек, А. Скемптон и др.

В железнодорожном строительстве вопросами проектирования и возведения земляного полотна в особых условиях и, в частности, на слабых основаниях занимались К.С. Ордуянц [71, 72], H.H. Сидоров [94], Г.М. Шахунянц [124], а позднее И.И. Викторов, A.A. Ткаченко [106 - 109], Т.Г. Яковлева [129], И.И. Ка-

натов, B.B. Виноградов [20, 25]. Близкие исследования велись в гидротехническом и мелиоративном строительстве (К.П. Лундин, И.И. Вихляев [22], П.А. Дрозд [33] и др.), в промышленном и гражданском строительстве (Б.И. Далма-тов, М.Ю. Абелев [1, 2], H.H. Морарескул [66, 67, 68] и др.), в области автодорожного строительства (И.Е. Евгеньев, В.Д. Казарновский [91, 34] и др.).

Тем не менее, не все вопросы по проектированию нового и реконструкции существующего земляного полотна на слабых торфяных основаниях в достаточной мере исследованы. В этом смысле особый интерес, как уже отмечалось во введении, представляет такой объект исследования, как участки Сахалинской железной дороги, построенные на слабых основаниях и подверженные синтезу неблагоприятных факторов. Рассмотрим более подробно особенности работы железнодорожного земляного полотна на слабых основаниях Сахалинской железной дороги.

1.2. Особенности работы железнодорожного земляного полотна на слабых основаниях Сахалинской железной дороги

Железные дороги южной части острова Сахалин колеи 1067 мм строились по облегченным нормам для временной эксплуатации в период с 1906 по 1941 гг. Вследствие этого наблюдается несоответствие современных требований и существующего состояния пути.

Исключительно богатый потенциал природных ресурсов острова создает предпосылки роста объемов перевозок. Преобладающими формами экономики Сахалина являются [73]:

- нефте и газодобыча на севере и в шельфовой зоне острова;

- добыча рыбы и морепродуктов с частичной их переработкой;

- разработка угольных месторождений на западном побережье;

- ограниченные объемы лесозаготовок преимущественно для внутреннего потребления (целлюлозно-бумажное производство).

К сожалению, сложное экономическое положение в стране и Сахалинской области диктует существенный спад перевозок, что в свою очередь усложняет вопросы эксплуатации инженерных сооружений на железных дорогах страны и, в частности, Сахалинской железной дороги. Так, на участке Южно-Сахалинск -Арсентьевка суммарный годовой грузооборот с 9,26 млн. тонн в 1987 году упал до 3,5 млн. тонн в 1997 году, или более, чем на 60%, и эта тенденция в настоящее время сохраняется (рис. 1.1). С падением объема перевозок и, как следствие, сокращением доходов от работы дороги, уменьшились возможности финансирования текущего и капитального ремонтов пути, из-за чего количество больных участков пути увеличивается. Поэтому в последние годы все острее встает проблема необходимости перешивки линии на колею 1520 мм с доведением параметров пути до общесетевых стандартов [73].

Рис. 1.1. Изменение грузонапряженности по годам на различных участках Сахалинской железной дороги

Важным фактором, вызывающим неблагоприятное состояние железнодорожного пути, являются природно-климатические условия Сахалина, в первую очередь, муссонный характер осадков. Среднегодовое количество осадков состав-

ляет около 770 мм, около половины их выпадает в период с июля по октябрь, тогда как с декабря по март - не более 15 - 20%. Это приводит к переувлажнению грунтов насыпей и оснований в летний период. Часты ливни, во время которых выпадает до 140 мм осадков в сутки. Средняя скорость ветра - 5,1 м/с, максимальная - 31,3 м/с. Довольно значительны колебания температур воздуха, максимальная амплитуда колебания достигает 49,6°. Средняя температура января -9,7°; августа + 17,9°. Абсолютный минимум температур - 21,5°; максимум + 28,1°. В году насчитывается 181 морозный день, 130 дней с осадками. Мощность снега превышает 1,0 м, глубина промерзания грунтов под снегом достигает 0,8 м.

Еще одной особенностью, оказывающей неблагоприятное воздействие на состояние земляного полотна Сахалинской железной дороги, является обращение по узкой колее общесетевых подвижных единиц с повышенными осевыми нагрузками. Причем доля общесетевых вагонов в общем вагонопотоке непрерывно возрастает. По этому вопросу были проведены исследования ХабИИЖТом в 1990 -1993 годах [85, 10, 83], которые зарегистрировали недопустимо высокие величины как вертикальных, так и горизонтальных напряжений на уровне основной площадки (200 кПа при проходе полувагонов с углем и цементовозов, что в 2,5 раза выше допускаемой нагрузки на глинистые грунты).

В зоне расположения Сахалинской железной дороги широко распространены кочковатые мохо-торфяные мари с мощностью торфа до 3,0 - 4,5 и более метров [98]. По данным Н.Я. Каца [45] болотообразовательные процессы на о. Сахалин существенно отличаются от таковых в материковой части страны. Так, наиболее типичные для острова выпуклые сфагновые болота верхового типа в Хабаровском крае располагаются на 500 - 600 км севернее, а в регионах Восточной и Западной Сибири такие болота вообще тяготеют к субполярным территориям. Прохладное лето и относительно теплая зима благотворно сказываются не только на активности торфонакопления, но и консервации остатков растений - торфообра-зователей [23]. Чаще всего степень разложения остатков сфагновых мхов, господ-

ствующих в сложении торфяных залежей, не превышает 45%, на болотах южной части острова - еще ниже —10—15%, лишь иногда 20 - 25%.

На участках пути на слабых основаниях к уже перечисленным добавляются другие трудности в содержании земляного полотна: недостаточная высота насыпи (0,5 - 1,5 м над поверхностью болота), недопустимые упругие осадки и необратимые деформации [105]. Протяженность земляного полотна Сахалинской железной дороги, на котором происходят осадки, составляет 37,3 км [73].

Перечисленные особенности в эксплуатации и содержании насыпей на слабых основаниях Сахалинской железной дороги привели к необходимости исследования работы верхнего строения пути и напряженно-деформированного состояния системы «земляное полотно - слабое основание» и усиления его.

1.3. Особенности физико-механических характеристик торфяных грунтов, влияющие на стабильность системы "земляное полотно - слабое основание"

Физико-механические характеристики слабых грунтов начали широко изучаться с 50-х годов. Этим вопросом занимался ряд научно-исследовательских, учебных и проектных институтов: НИИ оснований и подземных сооружений Госстроя СССР (Москва), ЛИСИ, СоюздорНИИ (БалашихаИ, Московская область), БелдорНИИ (Минск), Союздорпроект (Москва), ВНИИЖТ, ЦНИИС (Москва), МИИТ, Ленгипротранс, Мосгипротранс, Сибгипротранс, Калининский политехнический институт и многие другие, а также ряд исследователей: М.Ю. Абелев [1], Л.С. Амарян [5, 6], В.Н. Бронин [16, 17, 18], Ф.П. Винокуров [21], И.М. Горькова, А.Я. Рубинштейн [87], А.Е. Тетеркин [21, 120], А.А. Ткаченко [106, 107], М.А. Шапошников [122, 123] и многие другие.

Торфом называют грунт, содержащий 50% и более органических веществ [ГОСТ 25100-82]. Согласно В.Д. Казарновскому, торфяной грунт - это молодая органогенная порода, представляющая собой смесь не вполне разложившихся растительных остатков, продуктов их разложения, наносных минеральных час-

тиц, образующаяся при отмирании растений и неполном распаде их тканей в условиях повышенной влажности и затрудненного доступа воздуха. По представлению М.П. Воларовича и Н.В. Чураева [24], торф является высокомолекулярной системой с признаками электролитов.

Торфы в неконсолидированном состоянии имеют, как правило, очень высокую влажность (1¥ до 2200% по отношению к массе сухого вещества), низкую плотность (р^Ю кН/м3) и, как следствие, высокую сжимаемость (модуль осадки ер=50 - 300 мм/м и более при нагрузке Р=0,05 - 0,075 МПа) [58] и весьма незначительную прочность.

Физические характеристики торфов тесно связаны со множеством факторов: водно-минеральным питанием болот, рельефом, климатом, преобладающей растительностью, глубиной залегания, характером слоистости грунтов.

К настоящему времени различными исследователями разработано несколько вариантов классификаций торфяных залежей. Генетическая классификация торфов различает 37 видов, встречающихся в европейской части страны. В "Технических условиях на разведку торфяных месторождений" (1964), выделены типы (низинный, переходной, верховой), подтипы (лесной, лесо-топяной и топя-ной) и группы торфов (древесная, древесно-травяная, травяная, травяно-моховая и моховая) на геоботанической основе. С.Н. Тюремнов в основу классификации болот положил гидрогеоморфологические факторы, с учетом которых он выделяет месторождения долин, склонов, водоразделов, впадин и котловин и т.д. Ряд исследователей (Л.С. Амарян, П.А. Дрозд, В.Д. Казарновский, А.Е. Сергеев, А.А. Ткаченко, М.А. Шапошников) предложили инженерно-геологические классификации торфяных залежей, исходя из различных критериальных признаков, позволяющих оценить напряженно-деформированное состояние торфов. В.Д. Казарновский [34] в качестве основных классификационных характеристик для торфяных грунтов выделяет три показателя, характеризующих его состав (количество

волокнистой части), состояние и косвенно отражающих генезис и условия формирования (характер питающих вод, наносы и т.п.): зольность, степень волокнистости (либо степень разложения) и влажность (как основной, интегральный показатель). По мнению Л.С. Амаряна (1990 г.), основными критериями для построения строительной классификации органогенных слаболитифицированных грунтов выступают степень разложения (или коэффициент пористости, или полная влагоемкость), дисперсность, предельное сопротивление сдвигу. По мнению М.А.Шапошникова [122], недостаток имеющихся классификаций состоит в том, что они не привязывают то или иное строение торфяной толщи к отдельным участкам болот. Л.С.Амарян указывает на невозможность рассмотрения этих классификаций как чисто инженерно-геологических, так как многие геологические аспекты представлены в них условно, без увязки с общими геологическими требованиями. Строительные классификации, применяемые для железнодорожного проектирования, рассмотрены дальше по тексту, в пункте 1.5.1.

Таким образом, мнения у исследователей по вопросу инженерно-геологической классификации торфяных грунтов в настоящее время несколько расходятся, поэтому в разных работах торфы называются по-разному. К тому же приводимые в источниках численные характеристики физико-механических свойств торфов различаются в весьма широких диапазонах. В нескольких работах доказывается необходимость создания унифицированной территориально-строительной классификации болот, с помощью которой можно будет решать различные теоретические и практические задачи строительства на болотах. В некоторых регионах страны (к примеру, в нефтеносных районах Западной Сибири), благодаря относительному однообразию торфов по свойствам и условиям залегания, разработаны типизации грунтов и болот, что позволяет получать достоверные исходные данные для проектирования сооружений с минимальными трудозатратами [80, с. 14-29]. Во многих работах для исключения трудоемких экспериментальных исследований предлагается установление необходимых характери-

стик торфяных грунтов расчетным путем, с помощью эмпирических зависимостей. Но такие решения, как правило, применимы только для тех условий, в которых они получены, что резко снижает их практическую значимость.

Исследуемые участки Сахалинской железной дороги имеют в основании насыпей торфяные слои различной толщины. Среди исследований торфяных месторождений Сахалина известны данные Н.Я. Каца [45] и Н.В. Властовой [23], но комплексных исследований физико-механических свойств торфов острова, как оснований сооружений, не проводилось.

Как уже отмечалось выше, исследователи к числу классификационных относят различные показатели физико-механических свойств торфа: зольность, степень разложения, влажность, коэффициент пористости, полную влагоемкость, дисперсность, предельное сопротивление сдвигу.

Торфы являются полидисперсными многофазовыми системами. Содержание частиц размером более 250 мкм (0,25 мм) в торфах колеблется от 20 до 50 - 70%, что является надежным критерием для отличия этих грунтов от сапропелей и придает им повышенные пористость и влагоемкость.

Зольность (Ас, %) характеризует количество минеральных компонентов в твердой фазе торфа. Минимальные величины Ас имеет торф верхового типа моховой группы (2-3 %), максимальные значения - торф низинного типа древесной группы (10-16 % и более). В придонных слоях торфяных залежей вследствие минерализации торф становится менее гидрофильным и более плотным [5]. Поэтому почти во всех случаях придонные слои и торфы низинного типа обладают большей прочностью.

Степень разложения торфа (Вар, %) колеблется от менее 20% (слаборазло-жившиеся) до более 45% (сильноразложившиеся торфы). Как отмечают многие исследователи, неразложившиеся волокна растений торфообразователей составляют сложно переплетенный пространственный каркас, что придает грунту загс

метную связность. При высокой плотности из-за большой удельной поверхности частиц тонкодисперсных фракций, возрастает роль поверхностных явлений, и система образует прочную структуру за счет химических и молекулярных связей. Вследствие этого прочностные характеристики нормальнозольных торфов растут с увеличением степени разложения и плотности [5].

Влажность торфяных грунтов (Щ,%) колеблется от 300% и менее по отношению к весу сухого вещества (сухой торф) до 1200 - 2200% (избыточно влажный), что в 20 - 60 раз больше влажности минеральных грунтов [66]. На влажность торфа влияет ботанический состав, зольность и степень разложения, поэтому она является интегральной характеристикой торфа и наиболее отчетливо связана с механическими свойствами его. С ростом влажности торфяного грунта прочностные показатели уменьшаются, а сжимаемость увеличивается [5, 106 и др.].

Полная влагоемкость (Жп, %) является следствием структуры и состояния по степени распада торфообразователей и изменяется от 200 до 2500%. Л.С. Амарян указывает на возможность использования полной влагоемкости торфа как показателя степени разложения вследствие близкой к линейной связи 1¥п = /(Вар). Коэффициент фильтрации {к, м/сут.) торфов, являющийся характеристикой водопроницаемости, уменьшается с ростом степени разложения торфов и под воздействием уплотняющей нагрузки Р в процессе консолидации [59].

Рис. 1.2. Вид зависимостей коэффициента фильтрации торфа от уплотняющей нагрузки и степени разложения

Обобщенными характеристиками деформативности торфа служат модули общей деформации Е&, модуль осадки ер и коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) ц, характеризующие общие (упругие и остаточные) деформации грунта. Многочисленные исследования показали, что модуль общей деформации необходимо рассматривать как функцию напряжения и физико-механических характеристик грунта. В торфах Е0 тесно связано с влажностью [122]. При Dop = 25 - 40%, W= 300% и уплотняющей нагрузке 0,05 - 0,1 МПа величина Е0 = 0,24 - 0,26 МПа; при W= 900% и той же нагрузке Е§ = 0,13-0,17 МПа.

Предельное сопротивление сдвигу тпр является основным прочностным показателем торфов. Как отмечал H.A. Цытович [119], предельное сопротивление сдвигу торфа зависит (при данном их ботаническом составе, степени разложения и плотности-влажности) от уровня нормальных сжимающих напряжений, скорости возрастания и времени действия нагрузки.

г, ^

МПа

%

МПа

fD#> = Ю -15%

->

Dop, %

г, ^ МПа

W=320%

w=uo%

w,%

->

F, МПа

Рис. 1.3. Вид зависимостей сопротивления сдвигу от степени разложения, влажности и коэффициента пористости торфов [69].

Сопротивление торфов сдвигу т в сильной степени зависит от плотности -влажности (рис. 1.3.) Исследования тторфяных залежей Западной Сибири [6] по-

казали, что самой низкой прочностью обладают торфяные залежи грядово-озеркового и грядово-мочажинного микроландшафтов, где т & 2-8 кПа. В со-сново-сфагновых микроландшафтах г « 13-17 кПа в верхнем деятельном слое и 7-14 кПа в срединном слое (на глубине 2 - 3 м). В более глубоких слоях прочность увеличивается. Наибольшей прочностью (15-27 кПа) обладают торфы со-сново-кустарничкового микроландшафта вследствие повышенной плотности при высокой степени разложения. Низинные виды торфа со степенью разложения Dф = 20 - 45% обладают повышенной прочностью по сравнению с верховыми в пределах 60-180%.

Н.П. Коваленко и H.H. Анисимов [46] показали, что зависимость тщ = Л*7) для грубодисперсных лесотопяных торфов, при напряжениях сжатия больших 0,05 МПа, становится нелинейной, вследствие значительного возрастания трения. Для других торфов этот предел значительно выше. По данным H.H. Морарескула, сопротивление торфа сдвигу, возрастая с увеличением времени уплотнения, достигает практически полной величины, в то время как осадка составляет только 60 - 70 % от ее полного значения.

Исходя из известных исследований физико-механических свойств торфа [5, 6, 18, 21, 22, 33, 34, 51, 48, 57, 66, 93, 87, 88, 66, 122 и др.], были составлены полигоны распределения общего модуля деформации (Е0, кПа), угла внутреннего трения (q>, град.) и удельного сцепления (С, кПа), необходимых для определения напряжённо-деформированного состояния системы «земляное полотно - слабое основание» методом конечных элементов (рис. 1.4 - 1.6; где п - количество значений, встречающихся в указанной литературе.). Рисунки позволяют наглядно видеть количество выполненных определений, частоту встречаемости, степень неоднородности породы, сопоставлять данные различных исследований.

Рис. 1.4. Полигон распределения модуля деформации торфов

Рис. 1.5. Полигон распределения удельного сцепления торфов

С, кПа

Рис. 1.6. Полигон распределения угла внутреннего трения торфов

Искусственные мероприятия по водопонижению и уплотнению торфяных грунтов позволяют увеличить их несущую способность приблизительно в 3 - 5 раз по сравнению с естественным, избыточно увлажненным состоянием. По данным компрессионных испытаний торфов в одометрах без возможности бокового расширения [88] сжимаемость низинных торфов практически прекращается при давлениях около 1,2 МПа после отжатия из торфа свободносвязанной капиллярной воды, тогда как верховые слаборазложившиеся торфы продолжают уплотняться вплоть до давления 2,5-3 МПа. В торфяных основаниях дорожных насыпей за десятилетия влажность снижается лишь до 180 - 200%, а коэффициент пористости соответственно до 2,7 - 3,3; при модуле общей деформации Е0 = 0,3 -0,7 МПа [6]. По данным Л.И. Кузнецовой (1972 г.), значения сцепления С у уплотненных торфов увеличиваются по сравнению с неуплотненными в 4 раза - с

0,015 до 0,06 МПа, а угла внутреннего трения (р возрастают по прямой зависимости с 15° - 17° до 35°.

Методы и результаты исследований физических и структурно-механических характеристик торфяных грунтов описаны во многих работах [5, 6, 18, 17, 21, 24, 33, 34, 51, 46, 56, 54, 61, 67, 84, 87, 91, 88, 107, 120, 122, 123]. Таким образом, необходимо отметить, что структурно-механические, геоботанические, водно-физические характеристики слабых грунтов в естественном залегании являются довольно хорошо исследованным и освещенным вопросом в литературе. Но, так как торфяные грунты имеют сложные состав и структуру, различное соотношение фаз и дисперсность, а также могут иметь прослойки различной толщины, прочность их не обладает постоянством даже в пределах одной залежи. Поэтому обобщенные табличные данные и эмпирические зависимости могут дать лишь приблизительные характеристики и у различных исследователей изменяются в довольно широких пределах. Менее изучены изменяющиеся свойства слабых ор-гано-минеральных грунтов в основании длительно эксплуатируемых насыпей от статической нагрузки и, еще менее, от кратковременной вибродинамической поездной нагрузки. Еще одной проблемой, как указывает В.Д. Казарновский [80, с.8], является совершенствование методов оценки свойств слабых грунтов в лабораторных и полевых условиях.

1.4. Обзор исследований напряженно-деформированного состояния системы "земляное полотно - слабое основание"

1.4.1. Особенности напряженно-деформированного состояния слабых оснований железнодорожных насыпей

Анализ напряженно-деформированного состояния слабых оснований - задача комплексная, так как количественное значение его зависит от множества фак-

торов: физико-механических характеристик грунтов; величины и характера передаваемых на основание нагрузок; особенностей строения слабой толщи; положения уровня грунтовых вод; условий отжатая воды при уплотнении; очертания кровли пород, подстилающих слабую толщу; а также от особенностей сооружений, технологии строительства и соблюдения необходимых мер при эксплуатации объектов.

При наличии слабых грунтов в основании железнодорожных насыпей наблюдаются различные деформации слоя слабого грунта, ведущие к деформациям земляного полотна (погружение его в основание, «расползание», искажение продольного и поперечного профилей). Поэтому напряженно-деформированное состояние слабого основания необходимо рассматривать совместно с насыпью как единую систему.

Многие исследователи (М.Ю. Абелев, Л.С. Амарян, В.И. Бронин, Э.М. Доброе, В.Д. Казарновский, Н.Н. Морарескул, З.Г. Тер-Мартиросян, Н.А. Цытович, Т.Н. Чепеленко и др.) установили такие особенности поведения слабых грунтов, находящихся под нагрузкой, как наличие структурной прочности сжатия, длительной реологической деформируемости (ползучести скелета), переменности коэффициента фильтрации, начального градиента фильтрации, активной и пассивной зон уплотняемого грунта, остаточного порового давления.

Применение торфяных грунтов в основании сооружений становится возможным благодаря способности торфа упрочняться под нагрузкой. По данным Казарновского [34], торфы в основании реальных насыпей увеличивают прочность в 1,5-5 раз, а иногда и более. При сжимающих напряжениях о; больших структурной прочности сжатия Рстр и до довольно значительных величин, зависимость между предельным сопротивлением сдвигу Хпр и сжимающим напряжением а будет подчиняться линейному уравнению Кулона:

Тпр =Чфг (а - Рстр) + (1.1)

где щ , с{ - параметры сдвига -угол внутреннего трения и сцепление, зависящие от времени I.

В торфах не возникает четких зон сдвига, что объясняется спутанно-волокнистым строением торфа и сопротивлением волокон разрыву. Сопротивление торфа сдвигу по времени в зависимости от величины приложенной нагрузки Р и достигнутой к данному моменту плотности-влажности Сможет быть найдено следующим образом [66]:

V'= Р ' + 2»+сгв, (1.2)

где -угол внутреннего трения при плотности-влажности IV;

- связность торфа, обусловленная сопротивлением сдвигу водно-коллоидных оболочек, окружающих частицы торфа; сгв - сопротивление разрыву волокон торфа. Как экспериментально определили А.С. Королев и Т.Н. Ивкина, прочность торфа в основании имеет максимальное значение по оси насыпи, постепенно снижаясь под откосами, что соответствует эпюре распределения напряжений поперек насыпи (рис. 1.7.).

V.V

а,<» 0,06

0,03

с > 5 10 1S 20 Z5 30 м

X н, /Ч вне насыпи Под осью насыпи

о $оо юоо нас 0 ¡00 1000 %

вм от 0.06 о ом ja,5» о.об о,оз г.НПя

га 40 1 5 6 V-n^ Л— - , *. ДаЭземиая' часть . • '.•'•• : насыпи '-

1S \ ч

Lhw t -i

So ч

Рис. 1.7. Изменения влажности W и прочности г торфа в естественной залежи и под насыпью железной дороги Тавда - Сотник (по данным A.C. Королева и Т.Н. Ивкиной)

Исследования JT.C. Амаряна, П.А. Дрозда, И.Е. Евгеньева, В,Д. Казарновского и других показывают, что процесс уплотнения слоя торфа под песчаными насыпями, существенно превосходящими по ширине толщину торфяной залежи, протекает по схеме одномерного сжатия. Боковые перемещения при необходимости учитываются коэффициентом Пуассона по рекомендациям A.A. Ткаченко, A.C. Королева и Т.Н. Ивкиной.

Многие исследователи отмечают, что в водонасыщенных органогенных грунтах при постоянной нагрузке, превышающей структурную прочность, деформации происходят длительное время от действия двух одновременно протекающих процессов -уплотнения (консолидации) и ползучести скелета грунта. Консолидация органогенных грунтов сопровождается уменьшением пористости и влагосодержания, ползучесть происходит в результате вязкого сопротивления перемещению структурных элементов скелета при уплотнении грунта. При этом ползучесть (или вторичная консолидация) имеет значительную долю в общей конечной осадке (до 40 %, а иногда и более) и длительность, в несколько раз превышающую достаточно быстро протекающую стадию первичной консолидации [ФЗ, Ш2, El и др.]. По данным М.А. Шапошникова, торф с Вф>25% при W<1000% является упруговязкопластичным телом, в котором упругие свойства проявляются в упругих деформациях, вязкие - в деформациях ползучести, пластические - в необратимых сдвигах твердой фазы. Упрочнение торфа происходит в упругопластической стадии. Деформации в стадии ползучести практически не изменяют прочности торфа [122].

Напряжения в основании железнодорожного земляного полотна складываются из статических, постоянно действующих (собственного веса насыпи и веса верхнего строения пути) и напряжений от поездной нагрузки, которые носят циклический вибродинамический характер. Современными исследованиями [103, 81 и многие другие] установлено существенное влияние вибродинамического воз-

действия подвижной нагрузки на прочность и деформативность земляного полотна. Г.М. Шахунянц [124], Е.И. Медков [62], В.Д. Казарновский [34] и другие исследователи выделяют три характерные стадии напряженно-деформированного состояния основания насыпи, в том числе и слабого, по мере увеличения на него давления (рис. 1.8).

В первой стадии на основание действует допустимая или безопасная нагрузка Рдоп(Рбез), при которой сопротивление сдвигу меньше предельного (т<т„р) и небольшие деформации носят упругий характер. В этой фазе напряжения полностью уравновешиваются сопротивлением структурного каркаса грунта.

Во второй стадии нагрузка еще меньше предельной Рпр, но в грунте уже развиваются зоны разрушения, в которых происходят пластические деформации (т> т,^), затухающие во времени. Это может привести к увеличению напряжений в слабом грунте, увеличению величины и неравномерности осадки.

Рис. 1.8. Характерные стадии напряженно-деформированного состояния основания насыпи (по В.Д. Казарновскому)

Р

8

$ - осадка насыпи

В третьей стадии пластические деформации под постоянной нагрузкой не затухают со временем, а переходят в форму ползучести, что приводит к разрушению системы «насыпь - основание» с образованием сплошных поверхностей скольжения. Для торфов с высокой степенью волокнистости и пористости процесс нарушения устойчивости протекает в виде бокового выдавливания грунта из-под насыпи. Выдавившийся объем грунта может компенсировать боковое уплотнение подоткосных зон основания, и тогда валы выпирания могут не образовываться.

По мнению Г.М. Шахунянца, вторая фаза может быть охарактеризована значительными неравномерными местными просадками и сдвигами грунта, поэтому она недопустима для нормально работающего сооружения.

В.Д. Казарновский отмечает особенность возникновения в слабых основаниях зон ползучести. Скорость деформаций в таких зонах прямым образом связана с вязкостью грунта, которая у слабых грунтов на несколько порядков меньше, чем у «обычных». Следовательно, деформации в зонах ползучести слабых грунтов могут протекать в 100 - 1000 и более раз быстрее, чем в обычных грунтах [Е1]. Поэтому при проектировании земляного полотна на слабых грунтах необходимо ограничение не только зон разрушения, но и зон ползучести.

Н.П. Коваленко и другие [47] показали, что конечная осадка торфяных оснований достигается интенсивно лишь до определенной высоты песчаной насыпи. При мощности торфяной залежи 2; 4; 6 м оптимальная высота земляного полотна составляет соответственно (2,5 - 3,0); (3,5 - 4,0); (4,0 - 5,0) м.

Н.К. Работнов и Е.П. Семенский установили, что процесс отжатия влаги из торфа происходит пропорционально давлению Р до определенного предела, характеризуемого значением первой критической точки влагосодержания ¡У^, после чего наблюдается перелом вследствие окончания процесса отжатия свободной влаги. Исследования Л.С. Амаряна, проведенные с помощью радиоактивных изотопов, показали, что содержание влаги в уплотненном торфе достигает опреде-

ленной критической величины, после чего процесс отжатия протекает значительно медленнее. При сопоставимых значениях зольности Ас в торфяных основаниях длительно действующих насыпей достигается влажность, практически совпадающая с влажностью в погребенных толщах древних болот. По данным Л.И. Кузнецовой, стабилизированные торфяные основания под железнодорожным земляным полотном высотой 3 - 4 м, оказывающим давление 0,05 - 0,07 МПа, имеют конечную влажность WK0H = 220 - 260%, которая близка к значению W}<pl ^ 190 — 230% (определена тензометрическим методом) или к WK0H = 180 - 220% при компрессионном сжатии под давлением 0,3 МПа.

Практически все исследования работы земляного полотна последних лет указывают на накопление остаточных деформаций грунтов насыпей и балласта от многократно прикладываемой поездной нагрузки. Б.Д. Хействер на основе проведенных опытов сделал вывод, что даже большее разовое приложение нагрузки вызывает меньшие деформации по сравнению с многократными [117].

Поведение торфа при циклической нагрузке исследовали В.Н. Заяц [42], A.A. Ткаченко [108], В.И. Раковский [86] и др. По опытным данным H.H. Мора-рескула, при цикличном приложении нагрузки и последующей разгрузке наблюдается общее увеличение деформации сжатия с каждым циклом. В.Н. Заяц исследовал работу торфа в основании автомобильных дорог, поэтому в опытах небольшая кратковременная нагрузка прикладывалась с большой частотой, а торф брался не уплотненный предварительно. Деформация торфа при циклической нагрузке получена меньше, чем при постоянной. Несколько другие условия были поставлены в опытах В.И. Раковского, который исследовал деформации предварительно уплотненного торфа нагрузками 0,02; 0,04 и 0,06 МПа. Циклическая нагрузка (вес башенного крана) принималась 0,02 - 0,05 МПа, длительность действия нагрузки и разгрузки- по 2 часа. В результате анализа опытов сделаны следующие выводы:

- деформации торфа от циклической нагрузки незначительно больше, чем от постоянной, причем чем больше предварительное уплотнение торфа, тем меньше эта разница;

- циклическая нагрузка приводит к накоплению полной и остаточной деформаций, затухающих с увеличением количества циклов, причем чем больше циклическая нагрузка, тем быстрее происходит затухание деформаций;

- при уменьшении длительности действия нагрузки в цикле, уменьшается, хотя и незначительно деформация торфа, так как не успевают развиваться деформации ползучести

Современные методы расчета земляного полотна на слабых основаниях базируются на методах классической теории предельного равновесия [125, 63, 91, 65 и другие], не учитывающей пластических деформаций и реологических процессов. В практическом проектировании железнодорожного земляного полотна в сложных условиях, в частности, поперечных профилей на слабых основаниях, необходимо переходить на нелинейные теории устойчивости, учитывающие деформационно-пластические эффекты [29]. Вибродинамическая нагрузка, наряду с повышенной влажностью грунтов, способствуют появлению и развитию пластических зон в грунтах земляного полотна и основания. Поэтому для слабых грунтов наиболее достоверной является нелинейная модель основания, при которой возможен учет одновременно существующих областей допредельного (упругого) и предельного равновесия, получившей в механике грунтов название смешанной задачи теории упругости и пластичности. Исследовать характер распределения напряжений за пределами линейной зависимости между осадкой и нагрузкой позволяет метод конечных элементов в упропластической постановке [114, 53 и другие].

Таким образом, в отличие от достаточно полно изученных физико-механических свойств торфяных залежей в естественном состоянии, менее иссле-

довано напряженно-деформированное состояние слабых органо-минеральных грунтов в основании длительно эксплуатируемых насыпей от статической нагрузки и, еще менее, от кратковременной вибродинамической поездной нагрузки.

1.4.2. Влияние порового давления на несущую способность слабых грунтов оснований сооружений

Как уже отмечалось выше, важной особенностью физико-механических свойств слабых грунтов является большой коэффициент пористости е - 11,5 -32,3. Поры занимают 0,92 - 0,97 всего объема торфа и, как правило, находятся в водонасыщенном состоянии. По данным Л.С.Амаряна [6] в стабилизированном торфяном основании под железнодорожной насыпью е снижается до 2,7 - 3,3. Из этого следует, что слабые водонасыщенные грунты необходимо рассматривать как двухфазную систему, состоящую из связного скелета и жидкой фазы, а при исследовании несущей способности учитывать распределение напряжений между жидкостью в порах и скелетом грунта. Без учета порового давления невозможно достичь строгих аналитических решений консолидации и несущей способности слабых оснований, что теоретически обосновано в работах В.А. Флорина, Ю.К. Зарецкого. Н.А. Цытовича и З.Г. Тер-Мартиросяна.

Впервые учитывать поровое давление предложил проф. К.Терцаги в 1925 г. в теории фильтрационной консолидации. Согласно этой теории вся внешняя нагрузка в первый момент времени воспринимается поровой водой, вызывая рост порового давления до максимального, а в дальнейшем, по мере уплотнения грунта и фильтрации воды, поровое давление уменьшается, и постепенно нагрузка полностью передается на скелет грунта. Эффективное давление <т' определяется как разность между полным давлением Р и поровым давлением II:

а'=Р - и, (1.3)

С учетом этого уравнение Кулона для определения сдвигающих усилий т примет следующий вид:

т = (Р-II) %<р'+С', (1.4)

где (р'~ эффективный коэффициент внутреннего трения; С- эффективное сцепление.

Эффективные давления уплотняют и упрочняют грунт, а нейтральные создают напор в поровой воде, вызывая ее фильтрацию по направлению, противоположному направлению действия сил. Современными исследователями были определены границы применения теории фильтрационной консолидации, сделаны уточнения и поправки. Эта теория применяется для изучения поведения под нагрузкой во времени водонасыщенных грунтов слабых консистенций.

В работах многих исследователей (Л.С. Амарян, М.Ю. Абелев, В.И. Бронин, В.Д. Казарновский, Т.Н. Чепеленко, Э.М. Добров и др.) установлены экспериментальные закономерности изменения порового давления в слабых водонасыщенных грунтах в зависимости от различных параметров:

- При недренированных испытаниях, независимо от плотности грунта, наблюдается прямо пропорциональная связь между поровым и внешним давлениями, если последнее хотя бы больше капиллярного. Этот вывод, как отмечается в [6], имеет важное значение для оценки несущей способности уплотненных слабых оснований при дополнительном нагружении. В такой ситуации дополнительное отжатие влаги затруднено и, если эффективные диаметры пор менее 1 мкм, то прочность системы "насыпь - слабое основание" остается неизменной (т=Сож() и при нагрузке, превышающей сопротивление сдвигу грунта (<т3>т ) наступит разрушение.

- В начальный период нагружения водонасыщенного слабого основания в диапазоне изменения коэффициента пористости е=6...24 внешняя нагрузка всецело воспринимается поровой водой Р= и, независимо от степени минерализации и разложения торфа. С ростом плотности торфа (и, следовательно, уменьше-

нием влажности и пористости) вода воспринимает все меньшую внешнюю нагрузку, которая в результате роста числа контактов передается на скелет.

- При одинаковой плотности-влажности грунта максимальное значение по-рового давления увеличивается с удлинением пути фильтрации кф. Наиболее интенсивное снижение порового давления в процессе уплотнения, уменьшения влажности и увеличения плотности грунта наблюдается при минимальных значениях кф, то есть вблизи дренирующей поверхности. Эпюра порового давления имеет экстремум по глубине, который смещается вниз во времени. Вследствие этого кривая "поровое давление - время" также будет иметь экстремум, начиная с некоторой глубины, даже если скелет грунта не обладает ползучестью.

- Изменение порового давления во времени существенно зависит от скорости приложения нагрузки, пиковое его значение наблюдается в момент окончания роста нагрузки. Этот вывод сделан [17] для случаев строительства грунтовых сооружений на торфах. При скорости приложения нагрузки от 0,009 МПа/сут. и меньше и мощности слоя торфа кт <2,1 м влиянием порового давления на уплотнение торфа можно пренебречь, что имеет существенное значение при выборе режимов отсыпки насыпей.

- При интерпретации трехосных испытаний верхового сфагнового торфа низкой и средней степени разложения (1)ф < 25%), проведенных Л.С. Амаряном, В.А. Кукушкиным, Т.Н. Чепеленко и Т.И. Стеклянниковой [6] сделан важный вывод о том, что внешнее давление до 0,06 МПа (высота песчаной насыпи до 4 м) на торфяное основание является пороговым. При большем внешнем давлении появляется остаточное поровое давление, не рассасывающееся со временем, причем тем большее, чем выше нагрузка. Таким образом, величин}' остаточного порового давления иост можно принять как разницу между общим Р и пороговым давлением Ртр ^0,06 МПа:

№ ост Р Рщ)р? (1 -5)

У высокоразложившихся, особенно низинных торфов, величина остаточного порового давления примерно вдвое меньше, чем у слабо- и среднеразложившихся из-за высокой их водопроницаемости. Однако в процессе фильтрации водопроницаемость торфа снижается в результате кольматации пор [66].

- Поровое давление для коэффициента фильтрации кф = 0,5...0,05 м/суг. является пренебрежительно малым, графики рассеивания порового давления и осадок для таких кф практически совпадают. Существенное влияние на уплотнение торфа оказывает фильтрационное сопротивление отжимаемой из пор воды при кф< 0,001 м /сут. (что соответствует коэффициенту фильтрации для глин). Таким образом, с уменьшением водопроницаемости торфа величина порового давления возрастает, а скорость рассеивания его и рост осадки замедляется.

На практике деформации от внешней нагрузки в слабых грунтах происходят длительное время от двух одновременно протекающих, хотя и с разной интенсивностью, процессов - фильтрационной консолидации и ползучести скелета. В процессе фильтрационной консолидации происходит уменьшение пористости и влагосодержания, а поровое давление растет до максимального значения. Ползучесть скелета происходит в результате вязкого сопротивления перемещению структурных элементов скелета, при этом поровое давление приближается к нулю или весьма малым стабилизированным значениям. Построенные зависимости изменения порового давления во времени позволяют с достаточной точностью определять в торфе продолжительность обоих периодов и величину нагрузки, соответствующей порогу ползучести [122].

Итак, сопротивление сдвигу (а это основной прочностной показатель для слабых органо-минеральных грунтов) зависит не от общих напряжений, а от той их части, которая передается на скелет, так как передача внешней нагрузки на воду не может увеличить сопротивление перемещению частиц, а, следовательно, и прочность грунта в целом.

Обзор литературы показал, что подавляющее количество исследований кинетики порового давления проводилось при изучении процесса консолидации грунтов слабых оснований в ходе возведения различных сооружений и после, в ходе стабилизации их, а также для исследования характерных зависимостей порового давления от различных параметров лабораторными методами. Причем в обоих случаях рассматривалось распределение напряжений между фазами грунта в зависимости от статических нагрузок. На слабые грунты оснований эксплуатируемых железнодорожных насыпей, кроме статических, действуют циклические вибродинамические нагрузки, что необходимо учитывать при оценке прочности и несущей способности этих оснований.

1.4.3. Обзор исследований вибродинамического воздействия подвижного состава на грунты земляного полотна

Как отмечается многими современными исследованиями, в настоящее время происходит ухудшение условий работы грунтов земляного полотна вследствие повышения напряжений из-за увеличивающихся осевых нагрузок и скоростей движения, а также уровня вибраций. Вибродинамическая нагрузка, наряду с повышенной влажностью грунтов, способствуют появлению и развитию пластических зон в грунтах земляного полотна и основания.

Влияние поездной нагрузки (динамических усилий, колебания грунтов) на состояние железнодорожного пути отмечалось еще в конце 19-го - начале 20-го веков русскими инженерами-путейцами И.Р. Стацевичем, А.Н. Васютынским, С.К. Волобуевым. Дальнейшие наблюдения за поведением грунтов земляного полотна при проходе поездов (Д.Д. Баркан [13], В.А. Соколов [99], М.Ф. Вериго [19] и другие) были направлены на изучение напряженного состояния грунтов, установление закономерностей распространения колебаний и основных характеристик колебательного процесса - амплитуды (А, мкм) и частоты (/, Гц).

Многочисленными исследованиями установлено, что амплитуда колебаний грунтов основной площадки земляного полотна зависит от скорости движения поездов [82, 37, 126, 14, 104, 83], состояния и типа верхнего строения пути [82, 126, 3, 83], осевой и погонной нагрузок подвижного состава [82, 37, 14, 104, 83], состояния и вида балластного слоя и грунтов земляного полотна и основания [82, 102, 99].

В.А. Ершов и И.И. Костюков [37] зарегистрировали в экспериментах большие амплитуды в менее связных грунтах. Характер затухания колебаний описывается экспоненциальной зависимостью.

Г.Н. Жинкин и др. [38] внесли ряд изменений в эти зависимости, предложили формулы для подсчета амплитуды колебаний насыпей из суглинка на прочном и торфяном основаниях. Исследовали влияние осевой нагрузи подвижного состава на величину амплитуд. Отмечено, что максимальные амплитуды колебаний соответствуют диапазону 3-11 Гц. В расчетах насыпей на торфяном основании рекомендуется принимать частоту 8 Гц, которая определена как доминирующая. Авторы отметили влияние плана железнодорожного пути, физико-механических свойств грунтов основания земляного полотна на соотношение между составляющими амплитуд колебаний. Так, для насыпи из суглинка на торфяном основании 0,6 - 1,5 м, горизонтальные колебания Ау преобладали над вертикальными Аг на 3 - 27%, для песчаных насыпей на торфяном основании зарегистрированные вертикальные колебания были незначительно выше горизонтальных (на 3 -8%). В экспериментах же на прочном основании Аг, как правило, выше, чем Ау. И лишь при скорости пассажирского поезда 120 км/ч и выше, горизонтальная составляющая амплитуды начинала превышать вертикальную.

В исследовании A.C. Дербенцева, Ю.П. Смолина и В.П. Бондаренко [31] приведены результаты изучения колебаний грунтов насыпей, расположенных на торфяном основании при различных осевых нагрузках (при скорости подвижного состава 60 км/ч). Зависимости средних величин вертикальных и горизонтальных

составляющих амплитуд колебаний от их частоты и нагрузок на оси вагонов описаны экспоненциальной функцией вида:

Асрг>х = Сг>х-Р-е*х мкм (1.5)

где С^ х - коэффициент пропорциональности амплитуд соответственно вертикальных и горизонтальных колебаний в зависимости от нагрузки на ось подвижного состава, мкм/кН; Р нагрузка на ось подвижного состава, кН; 5Z х - коэффициент загасания амплитуд по частоте соответственно

вертикальных и горизонтальных колебаний, 1/Гц; f ~ частота колебаний, Гц. Японские ученые М. Sunaga, Б. Sekine, Т. Ito [102] установили логарифмическую зависимость уровня вертикальных колебаний от прочности основания:

А, = - 2.22 -lg(Qc) + 2.40, мм (1.6)

где Аг~ вертикальные колебания частиц грунта земляного полотна, мм;

Qc - прочность основания, определенная по данным пенетрационных испытаний, 100 • КПа. Кроме того, ими исследовано влияние мощности слабого основания и высоты насыпей на таких основаниях на величину амплитуды колебания. Максимальные амплитуды 200 - 280 мкм отмечены при скорости 100 - 110 км/ч (осевая нагрузка 130 кН) и соответствуют диапазону частот 1-2 Гц.

Для сравнения, в насыпях на прочном основании в диапазоне 1,8...2,5 Гц зафиксированы максимальные амплитуды - 140 мкм при движении электровоза или пассажирского вагона со скоростью 130 - 140 км/ч. В среднечастотном диапазоне 6 - 10 Гц реализуется амплитуда 90-110 мкм; высокочастотная составляющая (от 30 до 180 - 200 Гц) соответствует амплитуде 3-7 мкм.

В.В. Пупатенко [83] исследовал колебательный процесс и напряжения в грунтах насыпей железнодорожного пути колеи 1067 мм при вибродинамическом воздействии общесетевого и сахалинского подвижных составов с высокими осе-

выми нагрузками и сделал следующие выводы. При таком воздЖ1#АЙ:ШШ|^у-да колебаний грунта на основной площадке достигает 280 - 290 мкм, преобладает низкочастотная составляющая (до 90%) результирующей амплитуды колебаний. Повышенное воздействие общесетевого подвижного состава по сравнению с сахалинским проявляется в том, что при большей на 40 - 60% осевой нагрузке, уровень колебаний от общесетевого подвижного состава в 1,7-2,1 раза выше. На основной площадке земляного полотна вертикальные напряжения от общесетевого подвижного состава с осевой нагрузкой до 240 кН/ось на 15 - 95% выше, чем на пути широкой колеи 1520 мм, и достигают 146 - 185 кПа.

Группа сотрудников НИИЖТа [110,с.61] исследовала устойчивость песчаных насыпей на болотах с учетом инерционных сил, возникающих при движении поездов. Было установлено, что амплитуды при всех исследуемых диапазонах частот прямо пропорциональны нагрузкам и скоростям движения поезда. Максимальные ускорения колебаний в насыпи возникают в диапазонах частот 40 - 50 Гц. Колебания насыпи при встрече поездов на двухпутных участках увеличиваются на 10 - 20%. На границе с обводненной частью насыпи амплитуды колебаний резко возрастают в 2 и более раза. Проведенные авторами расчеты показали, что предельная нагрузка на земляное полотно при учете динамических сил уменьшается в сравнении со статикой на 10 - 20%.

Авторами многочисленных исследований затухания колебаний в теле земляного полотна и в основании получены различные виды зависимостей: экспоненциальный [13, 37, 126], степенной [99], логарифмический [82]. Проверка этих зависимостей, выполненная В.П. Великотным [131] на основании экспериментальных данных, показала, что наилучшую корреспондируемость расчетных амплитуд колебаний в любой точке земляного полотна с опытными значениями дает формула И.В. Прокудина:

Аиу = А0 • ехр (г • & й - (у - 1.35) §2"+ д3 • к{- д2'• <р(у)\ мкм (1.7)

где А0 - максимальная вероятная результирующая амплитуда колебаний грунта основной площадки, мкм; Z, у - координаты рассматриваемой точки по вертикали и горизонтали при расположении центра координат по оси пути на рассматриваемой площадке, м; Sj - коэффициент затухания колебаний в вертикальной плоскости, 1/м; 8f2 - то же в горизонтальной плоскости в пределах зоны проявления

пульсации напряжения, 1/м; д*2 - коэффициент затухания поверхностныых волн в горизонтальной

плоскости, 1/м; дз - коэффициент затухания колебаний в откосе

д3 = lg Si / (1.5 • ctg aj), 1/м (1.8)

где a¡ - угол заложения откоса насыпи или выемки (град.); ht высота откоса над рассматриваемой точкой, м

14 при у<0.5-Вт;

hi = \ (1.9)

I (у-0.5 - Вт) • tg aj, приу>0.5 Вт

где Вш - ширина основной площадки земляного полотна, м;

Г 0, при^<1,35;

<р(у) = \ (У-1.35), при j? < 0.5 • Вт ; (1.10)

Заключение диссертации по теме «Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог», Пупатенко, Кира Викторовна

И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Для железных дорог о. Сахалин характерно уникальное сочетание факторов, усложняющих эксплуатацию пути. Это муссонный климат, вызывающий переувлажненность земляного полотна и основания; обращение по пути колеи 1067 мм общесетевого подвижного состава с высокими осевыми нагрузками, строительство насыпей по упрощенным нормам проектирования земляного полотна, принятым в Японии в начале века. Кроме того, в прибрежных районах и в поймах рек Тымь и Поронай железная дорога пересекает крупные болота. На таких участках к проблемам содержания пути на прочном основании добавляются интенсивный угон рельсовых нитей, просадки насыпей, недопустимые упругие деформации земляного полотна, расстройства рельсошпальной решетки.

2. Впервые для пути колеи 1067 мм установлен характер распределения напряжений в грунтах балласта и земляного полотна на слабом основании от сахалинского и общесетевого подвижного состава. Величина вертикальных и горизонтальных напряжений на основной площадке в подрельсовом сечении соответствует напряжениям, зафиксированным в схожих условиях на пути на прочном основании колеи 1520 мм. Выявлено резкое затухание величин вертикальных колебаний на уровне 0,9 м от подошвы шпалы, где находится горизонт грунтовых вод.

3. На основе экспериментальных данных определены корреляционные зависимости (1), (2) значений вертикальных напряжений аг. на уровне 0,15 м от подошвы шпалы от величины осевой нагрузки Рос при различных скоростях V движения подвижного состава. Формулы позволяют определять действующие напряжения на уровне 0,15 м от подошвы шпалы в интервале скоростей 20 - 80 км/ч и осевой нагрузки до 230 кН/ось.

4. Экспериментами зафиксированы недопустимые величины упругих вертикальных деформаций слоя торфа в основании насыпей от местных и общесетевых вагонов. Сравнение упругих осадок на поперечниках с различной мощностью слабого слоя показало, что не весь слой торфа в основании насыпи воспринимает нагрузку от движущегося по пути подвижного состава.

5. Наблюдениями за верхним строением пути на экспериментальных участках установлено наличие таких неблагоприятных явлений, как угон пути (137-102 мм от одного поезда), недопустимо завышенные (до 35 мм), или нулевые на больших участках пути зазоры. Установлена связь этих явлений с отношением

6. Проведённые измерения порового давления в водонасыщенном торфяном основании позволили установить характер изменения порового давления по глубине и распределения его в поперечном оси насыпи направлении. Установлено, что за пределами насыпи поровое давление при проходе поездов не изменяется. Впервые для железнодорожного земляного полотна измерен уровень порового давления по оси насыпи и установлено, что при проходе поездов поровое давление изменяется на 13 - 14,7%. Установлен также и характер изменения порового давления при воздействии на насыпь поездной нагрузки.

7. Расчетом установлены размеры активного слоя торфа, определяющие величину упругих деформаций системы «насыпь - слабое основание» под поездной нагрузкой. Толщина активной зоны зависит, в первую очередь, от величины осевой нагрузки и от характеристик торфа, влияющих на его коэффициент проницаемости. Сопоставлением результатов численных и натурных экспериментов установлены требования, которые должны учитываться при формировании расчетных схем для железнодорожного земляного полотна на слабом основании.

8. Результатом выполненных многовариантных численных экспериментов методом конечных элементов в унругопластической постановке явилась методика определения напряженно-деформированного состояния системы «железнодорожная насыпь - слабое торфяное основание». Произведенные по методике расчеты позволили определить характер распределения напряжений и деформаций в земляном полотне и основании, а также запроектировать конструкции укрепления как для нового, так и длительно эксплуатируемого земляного полотна на елабом основании. Разработанную методику можно применять и для железных дорог колеи 1520 мм.

9. Выполнен анализ влияния различных технических решений на напряжённо-деформированное состояние системы «конструкция усиления - насыпь - торфяное основание». Предложены варианты усиления существующих насыпей на слабых торфяных основаниях Сахалинской железной дороги. Конструкции усиления позволяют снизить до нормативных значений упругие просадки и уменьшить угон пути, ведущий к расстройству верхнего сгроения пути. Применение методики при проектировании нового земляного полотна позволяет избежать принятия неэффект ивных решений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Пупатенко, Кира Викторовна, 1999 год

Список использованной литературы

1. Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений. - М.:Стройиздат, 1973. 288 с.

2. Абелев М.Ю., Цытович Н.А. Вопросы применения теории фильтрационной консолидации для сильно сжимаемых грунтов. // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1964, №3.

3. Аверочкина М.В. Об особенностях распространения колебаний в железнодорожном земляном полотне. //В кн. Волны в грунтах и вопросы виб-рометрии.- Ташкент: ФАН, 1975, с.206 - 209.

4. Альбрехт В.Г., Коган А .Я. Угон железнодорожного пути и борьба с ним. М.: Транспорт, 1996.160 с.

5. Амарян JI.C. Прочность и деформируемость торфяных грунтов. М.: Недра, 1969. 193 с.

6. Амарян JI.C. Свойства слабых грунтов и методы их изучения.-М.:Недра, 1990. 220 с.

7. Амарян JI.C., Шапошников М.А. и др. Об эффективности применения щелевых песчаных дрен в торфяных основаниях. //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1968, №2, с. 30-32.

8. Амелин C.B., Андреев Т.Е. Устройство и эксплуатация пути. М.: Транспорт, 1986. 238 с.

9. Амусин Б.З., Фадеев А.Б. Метод конечных элементов при решении задач горной геомеханики. М.: Недра, 1975. 142 с.

10. Анализ влияния повышенных осевых нагрузок на состояние земляного полотна и верхнего строения пути (заключительный): Отчет о НИР. Хабаровск: ХабИИЖТ, 1991.

11. Баранов Д.С. Измерительные приборы, методика и некоторые результаты исследования распространения давлений в песчаном грунте: Научное сообщение. Вып.7. ЦНИИСК, Госстройиздат, 1959. 62 с.

12. Баранов Д.С. Общие и метрологические требования к датчикам давления (месдозам) и методы испытаний. Тендометрические приборы для исследования строительных конструкций. М.: Стройиздат, 1971.

13. Баркан Д.Д. Динамика оснований и фундаментов. М.: Стройвоен-мориздат, 1948. 411 с.

14. Берестяный Ю.Б. Прочность высоких железнодорожных насыпей из глинистых грунтов при воздействии поездов с повышенными осевыми и погонными нагрузками в условиях ДВЖД: Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. Л.: ЛИИЖТ, 1990.

15. Бондарик Г.Н., Комаров И.С., Ферронский В.И. Полевые методы инженерно-геологических исследований. - М.: Недра, 1967. 374 с.

16. Бронин В.Н. Способ построения компрессионных кривых для торфа по корреляционным зависимостям. //Транспортное строительство. 1976, №5, с.42-43.

17. Бронин В.Н., Демидов А.И., Скачков Е.Ю. Численный анализ влияния некоторых факторов на консолидацию торфов.//Вопросы устройства оснований и фундаментов в слабых и мерзлых грунтах. Л.:ЛИСИ, 1982, с. 7074.

18. Бронин В.Н., Тихомирова Л.К. Определение деформативных свойств торфа в полевых и лабораторных условиях и их статистический анализ.// Механика грунтов, основания и фундаменты. Сборник научных трудов. Л.: ЛИСИ, 1973, №78, с. 64 - 67.

19. Вериго М.Ф. Расчет напряжений в балластном слое и на основной площадке земляного полотна// Труды ЦНИИ МПС.- Вып. 97. М.: Трансжел-дориздат, 1955.

20. Виноградов В.В. Усиление слабых оснований земляного полотна свайными конструкциями (Японский опыт).// Железнодорожный транспорт. Серия «Путь и путевое хозяйство»: ОИ/ЦНИИ ТЭИ МПС. 1989.-Вып.З. с.31 -39.

21. Винокуров Ф.П., Тетеркин А.Е., Питерман М.А. Строительные свойства торфяных грунтов. Минск: Изд-во АН БССР, 1962.

22. Вихляев И.И. Канал Москва - Волга. Торф в строительстве канала. - М.; JL: Госстойиздат, 1940.192 с.

23. Властова Н.В. Торфяные болота Сахалина. M.-JI.: Изд-во АН СССР, 1967. 167 с.

24. Воларович М.П., Чураев Н.В. Исследование торфа при помощи радиоактивных изотопов. М.: Изд. АН СССР, 1960.

25. Вольнов М.В., Виноградов В.В., Призмазонов A.M. Особенности проектирования высоких железнодорожных насыпей на слабых основаниях.// Транспортное строительство. 1986, №9.

26. Вялов С.С., Миндич А.Н. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния слоя слабого грунта, подстилаемого малосжимаемой толщей. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1977, №1, с.26-30.

27. Геотехнические требования к основанию железнодорожного пути.// ЦНИИ ТЭИ МПС. Железнодорожный транспорт за рубежом. 1996, серия IV, вып. 4, с.1-8.

28. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройюдат, 1971. 367 с.

29. Гольдштейн М.Н. Современные основы проектирования надежных дорожных насыпей.// Межвузовский сб. научн. тр. Днкпропетровск: ДИИТ, 1986. 104 с.

30. Грицык В.И. Расчеты земляного полотна железных дорог: Учебное пособие для вузов железнодорожного транспорта. М.: УМК МПС, 1998. 520 с.

31. Дербенцев A.C., Смолин Ю.П., Бондаренко В.П. Исследование закономерностей колебаний грунтов в насыпи при различных нагрузках на оси подвижного состава// Геотехнические исследования для транспортных сооружений Сибири.- Новосибирск, 1985, с.45 - 48.

32. Доброе Э.М., Львович Ю.М., Кузахметова Э.К. и др. Глинистые грунты повышенной влажности в дорожном строительстве. М. транспорт, 1992. 240 с.

33. Дрозд П.А. Сельскохозяйственные дороги на болотах. Минск: Урожай, 1966. 167 с.

34. Евгеньев И.Е., Казарновский В.Д. Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах. М.: Транспорт, 1976. 271 с.

35. Евгеньев И.Е. Метод ускоренного получения компрессионных характеристик торфяных грунтов. //Торфяная промышленность. 1961, №1, с.25-26.

36. Ержанов Ж. С., Каримбаев Т.Д. Метод конечных элементов в задачах механики горных пород. Алма-Ата: Наука, 1975. 240 с.

37. Ершов В.А., Костюков И.И. Колебания грунтов в железнодорожных насыпях// Труды ЛИСИ, вып.61.-Л., 1970, с. 41 - 57.

38. Жинкин Г.Н., Зарубина ЛИ, Кейзик Л.М. Исследование колебаний грунтов железнодорожного земляного полотна, вызываемых движущимися поездами// Волны в грунтах и вопросы виброметрии,- Ташкент: ФАН, 1975, с.139 -142.

39. Жинкин Г.Н., Прокудин И.В., Великотный В.П. Зависимость вертикальных напряжений земляного полотна от скорости движения поездов. //Вопросы земляного полотна и геотехники на железнодорожном транспорте. Днепропетровск. Вып. 201/27,1978, с. 14- 19.

40. Зарецкий Ю.К. Вязко-пластичность грунтов и расчеты сооружений. М.: Стройиздат, 1988. - 350 с.

41. Зарецкий Ю.К., Орехов В.В. Напряженно-деформированное состояние грунтового основания под действием жесткого ленточного фундамента. //Основания, фундаменты и механика грунтов, 1983, №6, с.21 - 26.

42. Заяц В.Н. Лабораторные исследования упругих деформаций торфяных грунтов при повторных нагрузках. //Известия вузов. Лесной журнал, 1965, №1.

43. Зенкевич O.K. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 541 с.

44. Инструкция по проектированию земляного полотна железных дорог (первая редакция). М.:ВНИИТС, 1984. 168 с.

45. Кац Н.Я. Болота земного шара. Л.: Наука, 1971. 295 с.

46. Коваленко Н.П., Анисимов H.H. Исследование сопротивления грунтов сдвигу.// Основания, фундаменты и механика грунтов, 1977, №1.

47. Коваленко Н.П., Худяков А.Д., Гореликов B.C. Предпостроечное уплотнение торфяной залежи. Архангельск: Сев.-Зап. кн. изд-во, 1971. 97 с.

48. Козловский В.Е. Устойчивость торфяных откосов: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб.: ПИИЖТ, 1992.16 с.

49. Коншин Г.Г. Динамическое воздействие поездной нагрузки на грунт земляного полотна в зависимости от скорости движения. //Материалы к научно-технической конференции по динамическим воздействиям на грунты и одежды автомобильных дорог. М.: Стройиздат, 1964, с. 127 - 130.

50. Коншин Г.Г., Титов В.П., Хромов В.И., Наумова Н.В. Напряжения и упругие деформации в земляном полотне от воздействия поездов. //Труды ВНИИЖТ. 1972, вып. 460,128 с.

51. Корчунов С. С. Исследования фюико-механических свойств торфа.// Труды ВНИИТП. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1953. Вып. ХП. 235 с.

52. Ксенофонгов А.И. Об учете начального градиента напора и «активной зоны фильтрации» при решении задач по консолидации грунтов// Исследование физико-механических свойств структурно-неустойчивых и слабых грунтов: Труды МИИТа, вып. 432, М., 1973, с. 78 - 86.

53. Кудрявцев С.А. Напряженно-деформированное состояние слоистых заторфованных оснований: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Ленинград, 1987. 216 с.

54. Ларгин И.Ф., Черкасов Н.Д. Исследование стратиграфии торфяных залежей пенетрометром П-4А.//Торфяная промышленность, 1970, №5. С. 18-21.

55. Левинзон М.А., Пешков П.Г. Об оценке деформативности основания пути// Динамические качества современного подвижного состава и особенности его воздействия на путь: Сб. научн. тр. - М.: Транспорт, 1997. С. 63 -67.

56. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 1975.

57. Манеев А.П. Освоение заторфованных территорий для градостроительства. М.: Стройиздат, 1981.196 с.

58. Маслов H.H. Основы инженерной геологии и механика грунтов. Учебник для вузов. - М.: Высш.школа, 1982. 511 с.

59. Маслов H.H. Механика грунтов в практике строительства (оползни и борьба с ними): Учеб. пособие для вузов. -М.: Стройиздат, 1977. 320 с.

60. Материалы Всесоюзного совещания по строительству на слабых водонасыщенных глинистых грунтах. Таллин, 1965.

61. Материалы к I Всесоюзной конференции по строительству на торфяных грунтах. Сборник докладов, ч. 1 и 2. - Калинин, 1972.

62. Медков Е.И. О деформированном состоянии грунта в основании сооружений. Труды МИИТа. Вып. 100. М., Трансжелдориздат, 1959.

63. Методические рекомендации по проектированию насыпей на болотах по условию допустимых упругих осадок. М.: ВНИИТС, 1981.

64. Методические рекомендации по применению нетканых синтетических материалов при строительстве автомобильных дорог на слабых грунтах. М., 1981.64 с.

65. Методические указания по проектированию земляного полотна на слабых грунтах. М.: Минтрансстрой СССР, 1968. 197 с.

66. Морарескул H.H. Основания и фундаменты в торфяных грунтах. -Л.: Стройиздат, 1979. - 79 с.

67. Морарескул H.H., Бронин В.Н. О процессе уплотнения торфяных грунтов. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1974, №1, с. 31 - 33.

68. Морарескул H.H., Раковский В.И. Исследование восстанавливающихся деформаций уплотненного торфа при действии циклической нагрузки. Основания, фундаменты и механика грунтов, 1978, с. 134-138.

69. Морарескул H.H. Устройство фундаментов на заторфованных грунтах.-Л.,1986.

70. Обеспечение эксплуатационной надежности земляного полотна железных дорог.// Материалы всесоюзной научно-технической конференции. М.: МИИТ, 1989.

71. Ордуянц К. С. и др. Проектирование и возведение земляного полотна в особых условиях. М.: Трансжелдориздат, 1940. 180 с.

72. Ордуянц К.С. Устройство железнодорожных насыпей на болоте. Трансжелдориздат, 1946.

73. Оценка целесообразности перешивки железных дорог острова Сахалин с колеи 1067 мм на 1520 мм: Отчет по НИР. ДВГУПС, 1998. 98 с.

74. Переселенков Г.С. и др. Железные дороги в таежно-болотистой местности. М.: Транспорт, 1982. 288 с.

75. Печкуров А.Ф. О минерализации торфа. //Труды Института мелиорации АН БССР, т.VI, Минск, 1955.

76. Печкуров А.Ф. Уплотнение торфа под нагрузкой. //Труды Института мелиорации АН БССР, т. VII, Минск, 1966.

77. Пигулевский М.Х. Физико-механические свойства рыхлых дорожных материалов. Л., 1929.

78. Поклевский-Козелл И.И. Устройство фундаментов на болотах и плывунах. М., 1898.

79. Покровский Г.И. О физических принципах расчета деформаций грунтов. // В кн. : Материалы совещания Всесоюзного института оснований сооружений. М., 1939.

80. Проектирование и строительство земляного полотна и дорожных одежд в условиях Сибири. Труды СоюздорНИИ. Вып. 86, 1975. 135 с.

81. Прокудин И.В. Натурные экспериментальные исследования напряженного состояния земляного полотна скоростной железной дороги. // Вопросы земляного полотна и геотехники на железнодорожном транспорте. Днепрпетровск, 1985.

82. Прокудин И.В. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку: Автореферат диссертации на соискание уч. степени докт. техн. наук. М.,МИИТ, 1983, 42 с.

83. Пупатенко В.В. Прочность земляного полотна узкоколейных железных дорог при воздействии общесетевого подвижного состава (в условиях Сахалинской железной дороги): Диссертация на соиск. уч. степени канд. техн. наук. С-Пб.: ПИИТ, 1993.

84. Пьявченко Н.И. Степень разложения торфа и методы ее определения. Красноярск, 1963 (Сибирское отд. АН СССР).

85. Разработка технических решений по усилению земляного полотна с учетом воздействия поездов. Отчет о НИР. Хабаровск: ХабИИЖТ, 1992.

86. Раковский В.И. Лабораторные исследования деформаций предварительно уплотненного торфа при действии циклической нагрузки.// Механика грунтов, основания и фундаменты: Межвузовский тематический сборник научных трудов №2 (123). Л.: ЛИСИ, 1977.

87. Рубинштейн А .Я. Биогенные грунты. М.: Наука, 1986.

88. Рубинштейн А .Я., Канаев Ф.С. Инженерно-геологические изыскания для строительства на слабых грунтах. М.: Стройиздат, 1984. 108 с.

89. Румшинский JT.3. Математическая обработка результатов эксперимента: Справочное пособие. М.: Наука, 1971. 192 с.

90. Рекомендации по определению теплофизических и структурно-механических свойств мерзлых торфяных грунтов.//ПНИИС. М.: Стройиздат, 1984. 44 с.

91. Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах. - М.: Транспорт, 1978.

92. Руководство по проектированию земляного полотна железных и автомобильных дорог на болотах. - Архангельский лесотехнический институт, 1965.

93. Рябов А.К. Исследование коэффициентов внутреннего трения и сцепления торфяных грунтов. // Известия вузов. Горный журнал, 1962, №2, с.58-61.

94. Сидоров Н.Н. Предварительное выторфовывание при сооружении железнодорожных насыпей на болотах. //Труды ЛИИЖТ, JL, 1952, вып. 144.

95. СниП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружения. Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1985.40 с.

96. СниП 32-01-95. Железные дороги колеи 1520 мм.

97. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. /Под ред. Подпалого А.Ф., Чернышева М.А., Титова В.П. М.: Транспорт, 1978. 766 с.

98. Совершенствование технологии перевозки грузов и транспортно-экономических связей в условиях использования паромной переправы Ванино - Холмск. (Секция "Путь и строительство").//Материалы научно-технической конференции. Хабаровск, 1972.

99. Соколов В.А. К вопросу учета динамических нагрузок от подвижного состава при расчете устойчивости откосов земляного полотна //Труды НИИЖТа, вып.ХП„ Новосибирск, 1956. -с. 30 - 39.

100. Стандартные проектные решения и технологии усиления земляного полотна при подготовке полигонов сети для введения скоростного движения пассажирских поездов. Вып.1. М., 1997. 172 с.

101. СТНЦ-01 -95 «Железные дороги колеи 1520 мм».

102. Sunaga M., Sekine Е., Ito T. Vibration Behaviors of Roadbed on Soft Grounds under Train Load.- Quarterly Report of RTR I, Vol.31, Nol.: Tokyo, 1990, P.29-35.

103. Стоянович Г.М. Влияние вибродинамических нагрузок, прочностных и деформативных свойств грунта на величину пластических зон и деформаций земляного полотна. // Повышение эффективности работы железнодорожного транспорта Сибири и Дальнего Востока. Сб.тезисов докладов. Хабаровск: ДВГУПС, 1997. 168 с.

104. Стоянович Г.М. Исследование несущей способности глинистых грунтов железнодорожных выемок при вибродинамическом воздействии поездов.: Диссертация на соиск. уч. степени канд. техн. наук. JL: ЛИИЖТ, 1985.

105. Стоянович Г.М., Пупатенко В.В., Путатенко К.В. Ослабление негативного влияния слабых грунтов в основании земляного полотна на верхнее строение пути на Сахалинской железной дороге.// Совершенствование теории и практики проектирования, реконструкции и эксплуатации железных дорог: Межвуз.сб.науч.тр. Хабаровск: ДВГАПС, 1994.

106. Ткаченко A.A. Дорожно-строительная классификация болот. //Известия вузов. Лесной журнал.: Архангельск, 1962, №5, с. 55-62.

107. Ткаченко A.A. Исследования осадок насыпей магистральных узкоколейных дорог на болотах.// Труды АЛТИ, т. 17.: Архангельск, 1957.

108. Ткаченко A.A. О влиянии кратковременной пульсирующей нагрузки на величину деформации торфяного грунта. // Строительство на торфяных грунтах. Часть 2.: Калинин, 1972.

109. Ткаченко A.A. Расчет осадок насыпей автомобильных дорог на болотах. //Известия вузов. Лесной журнал.: Архангельск, 1959, №6.

110. Транссиб и научно-технический прогресс на железнодорожном транспорте. Тезисы докладов научно-технической конференции. Часть II. Новосибирск, 1991.

111. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. М.:Недра, 1976.

112. Указания по техническим решениям и технологии усиления и стабилизации насыпей на болотах. М.: ВНИИЖТ, 1993 . 79 с.

113. Укрепление земляного полотна при помощи вертикальных дренажей.// Железнодорожный транспорт за рубежом. Серия IV, вып. 4, ЦНИИ ТЭИ. М.,1993.

114. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987. 222 с.

115. Фадеев А.Б., Парамонов В.Н., Репина П.И., Глыбин Л.А., Шашкин К.Г. Применение метода конечных элементов при выполнении курсовых работ по строительным дисциплинам: Учебное пособие. СПб.: СПб гос. архит.- строит. ун-т, 1997. 60 с.

116. Флорин В.А. Основы механики грунтов. Т. 1,2. M.-JI.: Госстройиз-дат, 1959.

117. Хействер Б.Д. О допускаемых напряжениях на земляное полотно.// Труды ЦНИИ МПС. Вып.97. М.: Трансжелдориздат, 1955.

118. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Стройиздат, 1963. 636 с.

119. Цытович H.A., Тер-Мартиросян З.Г. Основы прикладной геомеханики в строительстве. М.: Высшая школа, 1981. - 318 с.

120. Цытович H.A., Тетеркин А.Е. Исследование механических свойств торфяных грунтов. Минск, 1962.

121. Шалягин Г. JI. Сооружение железнодорожного земляного полотна в особых условиях. Учебное пособие. Хабаровск: ХабИИЖТ, 1993. 121 с.

122. Шапошников М.А. Геотехнические исследования болотных грунтов для строительства. - Л.: Стройиздат, 1977. 128 с.

123. Шапошников М.А., Клемяционок П.Л., Сидоров Н.Н. Влияние трения конуса пенетрометра при зондировании на величину характеристик прочности торфа. //Основания, фундаменты и механика грунтов. 1973, №1, с.26-27.

124. Шахунянц Г.М. Земляное полотно. М.: Трансжелдоргодат, 1946. 342с.

125. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М. Транспорт,1987. 479с.

126. Шахунянц Г.М. О рациональной степени уплотнения грунтов.// Путь и путевое хозяйство, 1978, №6, с. 42 - 44.

127. Эренберг А. Анализ и интерпретация статистических данных. Перевод с англ. Б.И. Клименко. М.: Финансы и статистика, 1981. 406 с.

128. Яковлева Е.В. Динамические воздействия подвижного состава на основную площадку земляного полотна в зоне рельсовых стыков и меры по их снижению.:Автореферат диссертации на соиск. уч. степени канд. техн. наук. М., 1997. 38 с.

129. Яковлева Т.Г., Иванов Д.И. Исследования упругих колебаний насыпей на болотах. //Труды МИИТ. Вып. 383. 1972. С. 95 - 128.

130. Ярмолинский А.И. Автомобильные дороги Дальнего Востока. (Опыт проектирования и эксплуатации).-М. : Транспорт, 1994. 141 с.

131. Великотный В.П. Исследование деформируемости глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна при вибродинамических нагрузках.: Диссертация на соиск. уч. степени канд. техн. наук. Л.: ЛИИЖТ, 1981, 210 с.

132. Справочник дорожного мастера и бригадира пути./Каменский В.Б., Горбов Л.Д. -М.: Транспорт, 1985. 487 с.