Simulation of Subgrade Embankment on Weak Base
Loading...
Files
Date
2015
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
ENG: Purpose. This article provides: the question of the sustainability of the subgrade on a weak base is considered in the paper. It is proposed to use the method of jet grouting. Investigation of the possibility of a weak base has an effect on the overall deformation of the subgrade; the identification and optimization of the parameters of subgrade based on studies using numerical simulation. Methodology. The theoretical studies of the stress-strain state of the base and subgrade embankment by modeling in the software package LIRA have been conducted to achieve this goal. Findings. After making the necessary calculations perform building fields of a subsidence, borders cramped thickness, bed’s coefficients of Pasternak and Winkler. The diagrams construction of vertical stress performs at any point of load application. Also, using the software system may perform peer review subsidence, rolls railroad tracks in natural and consolidated basis. Originality. For weak soils is the most appropriate nonlinear model of the base with the existing areas of both elastic and limit equilibrium, mixed problem of the theory of elasticity and plasticity.
Practical value. By increasing the load on the weak base as a result of the second track construction, adds embankment or increasing axial load when changing the rolling stock process of sedimentation and consolidation may continue again. Therefore, one of the feasible and promising options for the design and reconstruction of embankments on weak bases is to strengthen the bases with the help of jet grouting. With the expansion of the railway infrastructure, increasing speed and weight of the rolling stock is necessary to ensure the stability of the subgrade on weak bases. LIRA software package allows you to perform all the necessary calculations for the selection of a proper way of strengthening weak bases.
UKR: Мета. В статті передбачено: 1) розгляд питання забезпечення стійкості земляного полотна на слабкій основі з використанням методу струменевої цементації; 2) дослідження можливості впливу слабкої основи на загальні деформації земляного полотна; 3) виявлення та оптимізація параметрів земляного полотна на основі досліджень за допомогою чисельного моделювання. Методика. Для реалізації зазначеної мети були проведені теоретичні дослідження напружено-деформованого стану основи та насипу земляного полотна шляхом моделювання у програмному комплексі ЛІРА. Результати. Для розрахунку насипу на слабкій основі виконано: формування розрахункової схеми з розмірами реального профілю, створення скінченно-елементної сітки, визначення сил і навантажень. Також проведено вибір розрахункових характеристик системи «насип-слабка основа» та змодульовано процес навантаження системи рухомим складом. Після здійснення всіх необхідних розрахунків виконано побудування полів осідань, меж стиснутої товщі, коефіцієнтів постелі Пастернака і Вінклера. Здійснено побудову епюр вертикальних напружень у будь-якій точці прикладення навантаження. Також за допомогою програмного комплексу виконано експертну оцінку осідань, кренів залізничного полотна на природній та зміцненій основах. Наукова новизна. Для слабких ґрунтів найбільш доцільною є нелінійна модель основи з урахуванням існуючих областей як пружної, так і граничної рівноваги, тобто змішана задача теорії пружності та пластичності. Практична значимість. При збільшенні навантаження на слабку основу в результаті будівництва другої колії, досипання насипу або збільшення осьового навантаження при зміні рухомого складу процес осідання і консолідації може продовжитись знов. Тому одним із доцільних й перспективних варіантів проектування та реконструкції насипів на слабких основах є укріплення основи за допомогою струминної цементації. При розширенні залізничної інфраструктури, збільшенні швидкостей руху та ваги рухомого складу необхідно забезпечити стійкість земляного полотна на слабких основах. Програмний комплекс ЛІРА дозволяє виконати всі необхідні розрахунки для підбору оптимального способу укріплення слабких основ.
RUS: Цель. В статье предусматривается: 1) рассмотрение вопроса обеспечения устойчивости земляного полотна на слабом основании с использованием метода струйной цементации; 2) исследование возможности воздействия слабого основания на общие деформации земляного полотна; 3) выявление и оптимизация параметров земляного полотна на основе исследований с помощью численного моделирования. Методика. Для реализации указанных целей были проведены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния основания и насыпи земляного полотна путем моделирования в программном комплексе ЛИРА. Результаты. Для расчета насыпи на слабом основании выполнено: формирование расчетной схемы с размерами реального профиля, создание конечно-элементной сетки, определение сил и нагрузок. Также произведен выбор расчетных характеристик системы «насыпь-слабое основание» и смоделирован процесс нагрузки системы подвижным составом. После осуществления всех необходимых расчетов выполнено построение полей осадок, границ сжимаемой толщи, коэффициентов постели Пастернака и Винклера. Осуществлено построение эпюр вертикальных напряжений в любой точке приложения нагрузки. Также с помощью программного комплекса выполнена экспертная оценка осадок, кренов железнодорожного полотна на естественном и укрепленном основаниях. Научная новизна. Доказано, что для слабых грунтов наиболее целесообразной является нелинейная модель основания с учетом существующих областей как упругого, так и предельного равновесия, то есть смешанная задача теории упругости и пластичности. Практическая значимость. При увеличении нагрузки на слабое основание в результате строительства второго пути, досыпки насыпи или увеличения осевой нагрузки при изменении подвижного состава процесс оседания и консолидации может продолжиться вновь. Поэтому одним из целесообразных и перспективных вариантов проектирования и реконструкции насыпей на слабых основаниях является укрепление основания с помощью струйной цементации. При расширении железнодорожной инфраструктуры, увеличении скоростей движения и веса подвижного состава необходимо обеспечить устойчивость земляного полотна на слабых основаниях. Программный комплекс ЛИРА позволяет выполнить все необходимые расчеты для подбора оптимального способа укрепления слабых оснований.
UKR: Мета. В статті передбачено: 1) розгляд питання забезпечення стійкості земляного полотна на слабкій основі з використанням методу струменевої цементації; 2) дослідження можливості впливу слабкої основи на загальні деформації земляного полотна; 3) виявлення та оптимізація параметрів земляного полотна на основі досліджень за допомогою чисельного моделювання. Методика. Для реалізації зазначеної мети були проведені теоретичні дослідження напружено-деформованого стану основи та насипу земляного полотна шляхом моделювання у програмному комплексі ЛІРА. Результати. Для розрахунку насипу на слабкій основі виконано: формування розрахункової схеми з розмірами реального профілю, створення скінченно-елементної сітки, визначення сил і навантажень. Також проведено вибір розрахункових характеристик системи «насип-слабка основа» та змодульовано процес навантаження системи рухомим складом. Після здійснення всіх необхідних розрахунків виконано побудування полів осідань, меж стиснутої товщі, коефіцієнтів постелі Пастернака і Вінклера. Здійснено побудову епюр вертикальних напружень у будь-якій точці прикладення навантаження. Також за допомогою програмного комплексу виконано експертну оцінку осідань, кренів залізничного полотна на природній та зміцненій основах. Наукова новизна. Для слабких ґрунтів найбільш доцільною є нелінійна модель основи з урахуванням існуючих областей як пружної, так і граничної рівноваги, тобто змішана задача теорії пружності та пластичності. Практична значимість. При збільшенні навантаження на слабку основу в результаті будівництва другої колії, досипання насипу або збільшення осьового навантаження при зміні рухомого складу процес осідання і консолідації може продовжитись знов. Тому одним із доцільних й перспективних варіантів проектування та реконструкції насипів на слабких основах є укріплення основи за допомогою струминної цементації. При розширенні залізничної інфраструктури, збільшенні швидкостей руху та ваги рухомого складу необхідно забезпечити стійкість земляного полотна на слабких основах. Програмний комплекс ЛІРА дозволяє виконати всі необхідні розрахунки для підбору оптимального способу укріплення слабких основ.
RUS: Цель. В статье предусматривается: 1) рассмотрение вопроса обеспечения устойчивости земляного полотна на слабом основании с использованием метода струйной цементации; 2) исследование возможности воздействия слабого основания на общие деформации земляного полотна; 3) выявление и оптимизация параметров земляного полотна на основе исследований с помощью численного моделирования. Методика. Для реализации указанных целей были проведены теоретические исследования напряженно-деформированного состояния основания и насыпи земляного полотна путем моделирования в программном комплексе ЛИРА. Результаты. Для расчета насыпи на слабом основании выполнено: формирование расчетной схемы с размерами реального профиля, создание конечно-элементной сетки, определение сил и нагрузок. Также произведен выбор расчетных характеристик системы «насыпь-слабое основание» и смоделирован процесс нагрузки системы подвижным составом. После осуществления всех необходимых расчетов выполнено построение полей осадок, границ сжимаемой толщи, коэффициентов постели Пастернака и Винклера. Осуществлено построение эпюр вертикальных напряжений в любой точке приложения нагрузки. Также с помощью программного комплекса выполнена экспертная оценка осадок, кренов железнодорожного полотна на естественном и укрепленном основаниях. Научная новизна. Доказано, что для слабых грунтов наиболее целесообразной является нелинейная модель основания с учетом существующих областей как упругого, так и предельного равновесия, то есть смешанная задача теории упругости и пластичности. Практическая значимость. При увеличении нагрузки на слабое основание в результате строительства второго пути, досыпки насыпи или увеличения осевой нагрузки при изменении подвижного состава процесс оседания и консолидации может продолжиться вновь. Поэтому одним из целесообразных и перспективных вариантов проектирования и реконструкции насыпей на слабых основаниях является укрепление основания с помощью струйной цементации. При расширении железнодорожной инфраструктуры, увеличении скоростей движения и веса подвижного состава необходимо обеспечить устойчивость земляного полотна на слабых основаниях. Программный комплекс ЛИРА позволяет выполнить все необходимые расчеты для подбора оптимального способа укрепления слабых оснований.
Description
V. Petrenko: ORCID 0000-0002-5902-6155; I. Sviatko: ORCID 0000-0002-7099-2637
Keywords
soil cement, stress-deformed state, finite element method, subgrade, weak base, грунтоцемент, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, земляне полотно, слабка основа, напряженно-деформируемое состояние, метод конечных элементов, земляное полотно, слабое основание, КТОФ
Citation
Petrenko V. D., Sviatko I. O. Simulation of Subgrade Embankment on Weak Base. Наука та прогрес транспорту. 2015. № 4 (58). С. 198–204. doi: 10.15802/stp2015/49286.