Исследование прочностных характеристик лессовых грунтов в условиях трехосного напряженного состояния при воздействии вибродинамических нагрузок

176 Общетехнические задачи и пути их решения

5. Гидравлический удар в напорных водоводах / Д. Н. Смирнов, Л. Б. Зубов. -М. : Стройиздат, 1975. - 122 с.

6. Гидравлический удар в напорных трубопроводах водоотведения / В. С. Ди-каревский, О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Вестник РААСН. - 2004. - Вып. 8. -С. 152-156.

7. От гидравлического удара в трубах до разряда в электрической сети / Л. Бержерон. - М. : Машгиз, 1962. - 342 с.

8. Измерение скорости движения воды при гидравлическом ударе с разрывом сплошности потока в водоводах различного профиля / Н. И. Колотило, М. А. Стоев // Автоматизация закрытых оросительных систем : сб. статей НИМИ. - Новочеркасск, 1975. - № 2. - С. 132-139.

9. Противоударная защита напорных трубопроводов с применением обратных клапанов / О. Г. Капинос, Н. В. Твардовская // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2010. - Вып. 1 (22). - С. 93-104.

УДК 625.12.033.38

А. Ф. Колос, А. М. Абдукаримов

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЁССОВЫХ ГРУНТОВ В УСЛОВИЯХ ТРЕХОСНОГО НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВИБРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Приведены результаты исследования прочностных характеристик лёссовидной супеси при воздействии вибродинамической нагрузки в условиях трехосного сжатия. Получены экспериментальные значения сцепления и угла внутреннего трения, а также величин их относительного снижения при воздействии вибродинамической нагрузки.

лёссовые грунты, сцепление, угол внутреннего трения, вибродинамическая нагрузка, метод трехосного сжатия.

Введение

Для определения влияния вибродинамической нагрузки на прочностные характеристики лёссовидной супеси был проведен анализ существующих методов испытаний. Чаще всего для исследований использовались вибросдвиговые установки и вибростабилометры различных конструкций, вибростолики, пульсаторы, прибор Лагойского и другие.

Для исследования прочностных и деформативных характеристик лёссовых грунтов в условиях моделирования напряженного состояния грунтов земляного полотна, воспринимающего вибродинамическую нагрузку, прибор должен удовлетворять следующим требованиям.

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

177

1. Испытание грунтов должно проходить методом трехосного сжатия.

2. Обеспечение возможности независимого регулирования двух главных напряжений.

3. Одновременно с вибрационным воздействием должна быть создана постоянная нагрузка на грунт.

4. Обеспечение возможности осевой деформации образца на величину не менее 25 % от его первоначальной высоты.

5. Максимальное снижение влияния макро- и микронеровностей торцов образца на результаты экспериментов.

6. Максимально снизить влияние сил трения грунта о жесткие поверхности частей прибора.

7. Точность замеров деформаций образцов не менее ±0,01 мм.

8. Для определения характера изменения прочности исследуемых грунтов во времени прибор должен позволять производить измерение их прочности в любое время с самого начала вибрационных и силовых воздействий.

9. Обеспечение тарирования прибора без применения сложных обустройств.

1 Методика подготовки и испытания грунтов

Образцы для лабораторных испытаний отобраны из тела железнодорожного земляного полотна. В процессе иженерно-геологического обследования отбирались монолиты лёссовидной супеси ненарушенного сложения. Отбор осуществлялся с помощью специально изготовленного грунтоноса для ручного бурового комплекта. Отобранные монолиты сразу же погружались в металлическую гильзу. Для обеспечения естественной влажности и природной структуры гильзы плотно закрывались металлической крышкой, после чего производилось парафинирование швов. В таком виде образцы грунта транспортировались в лабораторию.

Тип грунта: лёссовидная супесь в твердом состоянии. Естественная плотность грунта 2,15...2,20 г/см3. Объемный вес скелета грунта ненарушенного сложения 1,89 г/см , естественная влажность 14 %.

Современные методы исследования грунтов предусматривают использование различного оборудования для определения прочностных и деформативных характеристик, что обусловливает получение существенно различающихся результатов. Основываясь на данных литературных источников, автор считает целесообразным определение прочностных показателей грунта в условиях трехосного сжатия.

Рабочие размеры образцов составляли 60 мм по высоте и 40 мм в диаметре. Перед испытанием все образцы взвешивались, их размеры определялись с точностью до 0,1 мм и в последующем служили основанием для определения пористости, объемной массы скелета грунта, площади поперечного сечения и других параметров.

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3

178

Общетехнические задачи и пути их решения

Для определения прочностных характеристик лёссовидной супеси в камере стабилометра создавалось гидростатическое давление, равное 0,3; 0,6 и 0,9 кгс/см . Полученные при этих значениях бокового давления разрушающие избыточные напряжения при действии как статической, так и вибродинамической нагрузки позволили построить круги Мора, огибающие к которым определяют значения сцепления и угла внутреннего трения (рис. 1).

а) б)

Рис. 1. Определение удельного сцепления и угла внутреннего трения для образцов лёссовидной супеси при консистенции 0,43, отобранных из земляного полона на перегоне Ташгузар-Кумкурган: а - при статических нагрузках; б - при максимальной динамической нагрузке

Исследования проводилась на образцах грунта нарушенного сложения. При испытании объемная масса скелета грунта составляла 1,85...1,89 г/см , что соответствует плотности грунтов, залегающих в земляном полотне. Объемная масса скелета грунта ненарушенного сложения 1,86...1,89 г/см .

2 Результаты выполненных испытаний

Основное внимание уделялось моделированию напряженного состояния образцов грунта с обеспечением действия статических и пульсирующих напряжений в натуральную величину. Естественно, что статическая составляющая напряжений учитывала действия собственного веса грунта земляного полотна и веса верхнего строения пути, а пульсации напряжений - воздействия в целом от тележки подвижного состава и от прохода каждой оси.

Для оценки влияния вибродинамического воздействия на прочностные характеристики лёссовидной супеси использовались показатели относительного снижения удельного сцепления и угла внутреннего трения, определяемые по формуле:

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

179

С - с

K ____ ст дин

С

KФ_

Фс» -ф

дин

Фс

где сст и фст - удельное сцепление и угол внутреннего трения грунта при статических испытаниях;

Сдантти фдинтт- минимальное удельное сцепление и угол внутреннего трения, определенные при действии максимальной вибродинамической нагрузки.

ТАБЛИЦА 1. Прочностные характеристики лёссовидной супеси при действии статической и вибродинамической нагрузок

Консистенция JL Влажность W % Статика Динамика Относительное снижение удельного сцепления Кс Относительное снижение угла внутреннего трения Кф

Сцепление С, кг/см2 Угол внутреннего трения ф, град Сцепление c, кг/см2 Угол внутреннего трения ф, град

<0 13 0,163 32 0,151 30 0,07 0,06

0,14 15 0,152 31 0,125 28 0,17 0,10

0,43 17 0,142 29 0,102 24 0,28 0,17

0,71 19 0,139 22 0,12 19 0,14 0,14

Анализ таблицы 1 показывает, что относительное снижение прочностных характеристик лёссовидной супеси под влиянием вибродинамического воздействия существенно зависит от влажности грунта. Результаты исследования зависимости показателей относительного снижения сцепления и угла внутреннего трения от консистенции грунта представлены на рисунках 2 и 3.

Анализ величин Кс и Кф, полученных в лабораторных экспериментах (рис. 2 и 3), показывает, что лёссовидные супеси в твердой консистенции малочувствительны к вибродинамической нагрузке. Коэффициент снижения сцепления составляет всего 7 %, соответственно коэффициент снижения угла внутреннего трения 6 % при действии максимальной вибродинамической нагрузки.

С увеличением влажности до 15 %, что соответствует полутвердой консистенции, коэффициент снижения сцепления и коэффициент снижения угла внутреннего трения грунта увеличиваются. Соответственно Кс и Кф в полутвердой консистенции равны 18 % и 10 %.

Максимальная чувствительность лёссовидной супеси к вибродинамической нагрузке достигается в тугопластичном состоянии. При этой

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3

180

Общетехнические задачи и пути их решения

консистенции коэффициент снижения сцепления составляет 28 %, а коэффициент снижения угла внутреннего трения 17 % при действии максимальной вибродинамической нагрузки. Дальнейший рост влажности и переход лёссовидной супеси в мягкопластичное состояние приводит к понижению чувствительности к вибродинамической нагрузке. В этом состояний Кс и Кф равны 28 % и 14 % соответственно.

ОС

S

X

О)

с

0)

и

0)

X

X

0)

S

X

0)

о

X

.0

О)

н

S

и

о

X

и

о

Консистенция JL

Рис. 2. Зависимость изменения показателя относительного снижения сцепления Кс лёссовидной супеси от консистенции

га

5

>

0)

S

X

О)

*

S

X

и

О)

о

X

.0

о

X

Консистенция JL

Рис. 3. Зависимость изменения показателя относительного снижения угла внутреннего трения Кф лёссовидной супеси от консистенции

2011/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Общетехнические задачи и пути их решения

181

Заключение

Выполненные экспериментальные исследования прочностных характеристик лёссовидной супеси под влиянием вибродинамической нагрузки позволяют сделать следующие выводы.

1. Снижение прочностных характеристик лёссовидной супеси железнодорожного земляного полотна происходит под влиянием вибродинамического воздействия, нарушающего силы контактного взаимодействия между элементарными частицами.

2. Максимальное снижение сцепления и угла внутреннего трения лёссовидной супеси под воздействием вибродинамических нагрузок регистрируется при тугопластичной консистенции, т. е. при влажности 16-17 % составляет 28 % для сцепления и 17 % для угла внутреннего трения.

3. По результатам экспериментальных исследований установлены значения показателей относительного снижения сцепления Кс и угла внутреннего трения Кф для лёссовидной супеси при различном водонасыщении.

Библиографический список

1. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов / Н. Н. Сидоров, В. П. Сипидин. - Л. : Стройиздат, 1972. - 136 с.

2. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку : дис. ... д-ра техн. наук : 05.22.06 : защищена 27.04.1984 / Прокудин Иван Васильевич. - Л., 1982. - 455 с. -Библиогр.: с. 384-421.

3. ГОСТ 12071-84 (1994). Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.

4. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - Введ. 1996-08-01. - М. :URL:http://www.gost.org.ru.

УДК 656.25

А. М. Костроминов, Д. Х. Рыхсиев

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЧАСТОТНЫХ СВОЙСТВ ИМПУЛЬСНО-ФАЗОВОГО ПРИЕМНИКА

Рассматриваются вопросы теоретического анализа частотных свойств импульснофазового приемника. Блок контроля фазы выбран как фазовый фильтр, и фазовые характеристики фазочастотного фильтра (ФЧФ) рассмотрены в аналитическом виде. Предложено ограничение для фазочастотных фильтров. Приводятся численные и графические результаты определения среднего напряжения в пороговом элементе, а также угла фазовой прозрачности в зависимости от напряжения опорного источника питания. Рассмотрены

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2011/3