Estimation of Subgrade Strengthening Influence Using Soilcement Elements
Loading...
Date
2016
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. The aim of this work is to identify dependencies and options to strengthen the roadbed and a weak base by grouting piles. Analysis of software package SCAD to assess the effect of the selected option of strengthening the construction of spatial subgrade models. Methodology. In this paper the method of calculation of the soil mass in the software package SCAD is considered, which is a universal accounting system of finite-element analysis of structures and is focused on solving problems of designing buildings and structures rather complex structure. The finite element method is among the most modern and effective methods for the calculation of structures for various purposes. In the simulation, we get a complete picture of the stress-strain state of the study area, as well as the value of the limit load, rainfall, and so on. The spatial model based on the finite element volume, to better address the real characteristics of the soil mass, meets all the geometric characteristics of size and natural subgrade and the top structure the path that has been adopted in Ukraine. Findings. It was found that the most effective option to strengthen the roadbed, when applying grouting piles at the base of the subgrade and body, is to strengthen the five piles. At the same time there is even strengthen the soil mass at the level of 25 … 30% of the entire depth. However, even with the strengthening of the only two piles at the base of the effect of the strengthening of 14.1%. Established equation is linear and describes the decrease in strain. Taking into account the results of the research can be concluded that the consolidation is proportional to the depth with any number of piles. The dependence of the strain on the number of piles adheres to a polynomial function. Strengthening the bases of the subgrade and body depth also occurs in proportion with any number of piles. Originality. Design scheme generation algorithm for the calculation of the subgrade on a weak basis by finite element method was determined. The selection of strength characteristics of soils and the design parameters for use during the numerical simulation was completed. Load process simulation of the system by rolling stock was grounded. Practical value. Analysis of stress-strain state of «weak base-subgrade» allows you to see the basic laws work the soil and take the necessary measures to enhance the cross-section profile of jet-grouting elements.
UKR: Мета. В роботі передбачається виявити залежності та параметри укріплення земляного полотна і слабкої основи за допомогою ґрунтоцементних паль. Також потрібно зробити аналіз використання програмного комплексу SCAD для оцінки впливу обраного варіанту укріплення при побудові просторової моделі земляного полотна. Методика. В даній роботі розглядається методика розрахунку ґрунтового масиву у програмному комплексі SCAD, який є універсальною розрахунковою системою кінцево-елементного аналізу конструкцій та орієнтований на вирішення завдань проектування будівель і споруд досить складної структури. Метод скінченних елементів відноситься до найбільш сучасних і ефективних методів для розрахунку споруд різного призначення. Під час моделювання отримуємо повну картину напружено- деформованого стану досліджуваної області, а також значення граничного навантаження, осідання тощо. Просторова модель на основі об’ємних кінцевих елементів, для кращого врахування реальних характеристик ґрунтового масиву, відповідає всім геометричним характеристикам і натурним розмірам земляного полотна та верхньої будови колії, яка прийнята на території України. Результати. Встановлено, що найефективнішим варіантом укріплення земляного полотна, при влаштуванні ґрунтоцементних паль в основі й тілі насипу, є укріплення п’ятьма палями. При цьому спостерігається рівномірне укріплення ґрунтового масиву на рівні 25…30 % по всій глибині. Проте, навіть із укріпленням лише двома палями в основі, ефект від укріплення становить 14,1 %. Встановлено рівняння, яке має лінійний характер і описує зменшення деформацій. Приймаючи до уваги результати досліджень, можна зробити висновки, що укріплення по глибині відбувається пропорційно при будь-якій кількості паль. Залежність деформацій від кількості паль дотримується поліноміальної функції. Укріплення основи і тіла насипу по глибині також відбувається пропорційно при будь-якій кількості паль. Наукова новизна. Авторами визначено алгоритм формування розрахункової схеми для розрахунку насипу на слабкій основі методом скінченних елементів. Виконано підбір міцнісних характеристик ґрунтів та розрахункових параметрів для застосування під час чисельного моделювання. Обґрунтовано моделювання процесу навантаження системи рухомим складом. Практична значимість. Аналіз напружено-деформованого стану системи «слабка основа-земляне полотно» дозволяє побачити основні закономірності роботи ґрунту і вжити необхідні заходи для підсилення поперечного профілю ґрунтоцементними елементами.
RUS: Цель. В работе предполагается выявить зависимости и параметры укрепления земляного полотна и слабого основания с помощью грунтоцементных свай. Также необходимо сделать анализ программного комплекса SCAD для оценки влияния выбранного варианта укрепления при построении пространственной модели земляного полотна. Методика. В данной работе рассматривается методика расчета грунтового массива в программном комплексе SCAD, который является универсальной расчетной системой конечно- элементного анализа конструкций и ориентирован на решение задач проектирования зданий и сооружений достаточно сложной структуры. Метод конечных элементов относится к наиболее современным и эффективным методам для расчета сооружений различного назначения. При моделировании получаем полную картину напряженно-деформированного состояния исследуемой области, а также значение предельной нагрузки, осадки и прочее. Пространственная модель на основе объемных конечных элементов, для лучшего учета реальных характеристик грунтового массива, соответствует всем геометрическим характеристикам и натурным размерам земляного полотна и верхнего строения пути, которые приняты на территории Украины. Результаты. Установлено, что наиболее эффективным вариантом укрепления земляного полотна, при устройстве грунтоцементных свай в основании и теле насыпи, является укрепление пятью сваями. При этом наблюдается равномерное укрепление грунтового массива на уровне 25…30 % по всей глубине. Однако, даже с укреплением только двумя сваями в основе, эффект от укрепления составляет 14,1 %. Найдено уравнение, которое имеет линейный характер и описывает уменьшение деформаций. Принимая во внимание результаты исследований, можно сделать выводы, что укрепление по глубине происходит пропорционально при любом количестве свай. Зависимость деформаций от количества свай придерживается полиномиальной функции. Укрепление основы и тела насыпи по глубине также происходит пропорционально при любом количестве свай. Научная новизна. Авторами определен алгоритм формирования расчетной схемы для расчета насыпи на слабом основании методом конечных элементов. Выполнен подбор прочностных характеристик грунтов и расчетных параметров для применения численного моделирования. Обосновано моделирование процесса нагрузки системы подвижным составом. Практическая значимость. Анализ напряженно-деформированного состояния системы «слабое основание-земляное полотно» позволяет увидеть основные закономерности работы грунта и принять необходимые меры для усиления поперечного профиля грунтоцементными элементами.
UKR: Мета. В роботі передбачається виявити залежності та параметри укріплення земляного полотна і слабкої основи за допомогою ґрунтоцементних паль. Також потрібно зробити аналіз використання програмного комплексу SCAD для оцінки впливу обраного варіанту укріплення при побудові просторової моделі земляного полотна. Методика. В даній роботі розглядається методика розрахунку ґрунтового масиву у програмному комплексі SCAD, який є універсальною розрахунковою системою кінцево-елементного аналізу конструкцій та орієнтований на вирішення завдань проектування будівель і споруд досить складної структури. Метод скінченних елементів відноситься до найбільш сучасних і ефективних методів для розрахунку споруд різного призначення. Під час моделювання отримуємо повну картину напружено- деформованого стану досліджуваної області, а також значення граничного навантаження, осідання тощо. Просторова модель на основі об’ємних кінцевих елементів, для кращого врахування реальних характеристик ґрунтового масиву, відповідає всім геометричним характеристикам і натурним розмірам земляного полотна та верхньої будови колії, яка прийнята на території України. Результати. Встановлено, що найефективнішим варіантом укріплення земляного полотна, при влаштуванні ґрунтоцементних паль в основі й тілі насипу, є укріплення п’ятьма палями. При цьому спостерігається рівномірне укріплення ґрунтового масиву на рівні 25…30 % по всій глибині. Проте, навіть із укріпленням лише двома палями в основі, ефект від укріплення становить 14,1 %. Встановлено рівняння, яке має лінійний характер і описує зменшення деформацій. Приймаючи до уваги результати досліджень, можна зробити висновки, що укріплення по глибині відбувається пропорційно при будь-якій кількості паль. Залежність деформацій від кількості паль дотримується поліноміальної функції. Укріплення основи і тіла насипу по глибині також відбувається пропорційно при будь-якій кількості паль. Наукова новизна. Авторами визначено алгоритм формування розрахункової схеми для розрахунку насипу на слабкій основі методом скінченних елементів. Виконано підбір міцнісних характеристик ґрунтів та розрахункових параметрів для застосування під час чисельного моделювання. Обґрунтовано моделювання процесу навантаження системи рухомим складом. Практична значимість. Аналіз напружено-деформованого стану системи «слабка основа-земляне полотно» дозволяє побачити основні закономірності роботи ґрунту і вжити необхідні заходи для підсилення поперечного профілю ґрунтоцементними елементами.
RUS: Цель. В работе предполагается выявить зависимости и параметры укрепления земляного полотна и слабого основания с помощью грунтоцементных свай. Также необходимо сделать анализ программного комплекса SCAD для оценки влияния выбранного варианта укрепления при построении пространственной модели земляного полотна. Методика. В данной работе рассматривается методика расчета грунтового массива в программном комплексе SCAD, который является универсальной расчетной системой конечно- элементного анализа конструкций и ориентирован на решение задач проектирования зданий и сооружений достаточно сложной структуры. Метод конечных элементов относится к наиболее современным и эффективным методам для расчета сооружений различного назначения. При моделировании получаем полную картину напряженно-деформированного состояния исследуемой области, а также значение предельной нагрузки, осадки и прочее. Пространственная модель на основе объемных конечных элементов, для лучшего учета реальных характеристик грунтового массива, соответствует всем геометрическим характеристикам и натурным размерам земляного полотна и верхнего строения пути, которые приняты на территории Украины. Результаты. Установлено, что наиболее эффективным вариантом укрепления земляного полотна, при устройстве грунтоцементных свай в основании и теле насыпи, является укрепление пятью сваями. При этом наблюдается равномерное укрепление грунтового массива на уровне 25…30 % по всей глубине. Однако, даже с укреплением только двумя сваями в основе, эффект от укрепления составляет 14,1 %. Найдено уравнение, которое имеет линейный характер и описывает уменьшение деформаций. Принимая во внимание результаты исследований, можно сделать выводы, что укрепление по глубине происходит пропорционально при любом количестве свай. Зависимость деформаций от количества свай придерживается полиномиальной функции. Укрепление основы и тела насыпи по глубине также происходит пропорционально при любом количестве свай. Научная новизна. Авторами определен алгоритм формирования расчетной схемы для расчета насыпи на слабом основании методом конечных элементов. Выполнен подбор прочностных характеристик грунтов и расчетных параметров для применения численного моделирования. Обосновано моделирование процесса нагрузки системы подвижным составом. Практическая значимость. Анализ напряженно-деформированного состояния системы «слабое основание-земляное полотно» позволяет увидеть основные закономерности работы грунта и принять необходимые меры для усиления поперечного профиля грунтоцементными элементами.
Description
V. Petrenko: ORCID 0000-0002-5902-6155; O.Tiutkin: ORCID 0000-0003-4921-4758; I. Sviatko: ORCID 0000-0002-7099-2637
Keywords
subgrade, weak base, soil cement, stress-deformed state, земляне полотно, слабка основа, ґрунтоцементні елементи, напружено-деформований стан, земляное полотно, слабое основание, грунтоцементные элементы, напряженно- деформированное состояние, КМТ, ГНДЛ
Citation
Petrenko V., Tiutkin O., Sviatko I. Estimation of Subgrade Strengthening Influence Using Soilcement Elements. Наука та прогрес транспорту. 2016. № 4 (64). С. 161–168. doi: 10.15802/stp2016/78254.