WWW.LIBRUS.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - собрание публикаций
 

«ДЛЯ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ Колос А.Ф.1, Осипов Г.В.2, Клищ С.А.3, Леус А.С.4, Каминнык О.А.5 Колос Алексей Федорович - кандидат технических наук, доцент; Осипов Григорий Владимирович ...»

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ЩЕБНЯ, ПРИМЕНЯЕМОГО

ДЛЯ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

Колос А.Ф.1, Осипов Г.В.2, Клищ С.А.3, Леус А.С.4, Каминнык О.А.5

Колос Алексей Федорович - кандидат технических наук, доцент;

Осипов Григорий Владимирович - студент;

Клищ Сергей Андреевич- студент;

Леус Алексей Сергеевич - аспирант;

Каминннык Олег Александрович – студент,

кафедра строительства дорог транспортного комплекса, факультет транспортного строительства, Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, г. Санкт-Петербург Аннотация: объектом исследования является балластный слой железнодорожного пути, воспринимающий нагрузки от движущихся поездов. Цель работы – количественное определение прочностных свойств щебёночного балласта (удельного зацепления и угла внутреннего трения), которые должны использоваться для оценки несущей способности балластной призмы железнодорожного пути. Методы исследования: при проведении исследований были проведены лабораторные трехосные испытания щебеночного балласта фракции 25-60 мм с различной формой зерна в приборе трехосного нагружения. Результаты: на основе проведенных лабораторных испытаний получены значения удельного зацепления и угла внутреннего трения щебеночного балласта при различной форме зерен щебня. Проведенные испытания доказывают существенное влияние формы зерна щебня на его удельное зацепление, которое в отдельных сериях испытаний снижалось на 60-70% .

Практическая значимость: полученные результаты являются новыми и являются основой для оценки несущей способности балластного слоя железнодорожного пути .

Ключевые слова: несущая способность щебня, угол внутреннего трения и удельное сцепление, окатанность щебня .

УДК 625.1.5 Проблема стабильности рельсовой колеи за весь срок службы конструкции верхнего строения пути определяется не только надежностью земляного полотна, применяемых типов шпал, скреплений, рельсов, но и качеством всех элементов подшпального основания, в том числе щебеночного балласта .

Несмотря на то, что исследовательские работы по повышению срока службы балласта в разных условиях эксплуатации ведутся с 80-х годов нормативные документы с такими требованиями пока отсутствуют. Сегодня доказано, как результатами отечественных, так и зарубежных исследований, что именно балластный слой остается проблемным местом [1, 2, 3, 4, 5]. Следует отметить, что основные характеристики, определяющие сегодня возможность применения щебня в конструкции верхнего строения пути в соответствии с [6] никак не определяют такой важнейший количественный параметр, как несущая способность балластной призмы. Хотя именно этот критерий определяет стабильную работу пути под поездной динамической нагрузкой. К сожалению, в настоящий момент времени таких методик, позволяющих прогнозировать несущую способность балластного слоя с наработкой тоннажа с учетом климатических особенностей отдельных направлений железнодорожных линий и других факторов нет .

Предлагаемые сегодня подходы к решению этой проблемы не учитывают главного обстоятельства:

балластный слой работает в условиях повышенных вибродинамических нагрузок. Основным фактором, определяющим надежность работы балластного слоя, является его несущая способность, которая несомненно зависит и от уровня динамического воздействия, передаваемого материалу балластного слоя и от характеристик основания, на котором такой слой сформирован .





Несущую способность балластного слоя определяют следующие прочностные характеристики удельное зацепление щебня, C и его угол внутреннего трения,. Именно они определяют сопротивление щебня сдвигу, n в каждой точке балластного слоя по некоторой площадке n – n, проведенной через эту точку.

Взаимосвязь между сопротивлением щебня сдвигу и его прочностными свойствами может быть описана хорошо известным законом Кулона, являющегося частным случаем теории прочности Мора [7]:

(1) где – нормальные напряжения, возникающие в некоторой точке по площадке n – n, проведенной через данную точку .

Прочностные свойства щебня существенно зависят от гранулометрического состава щебня, его плотности, формы зерна, загрязненности, наличия демпфера между шпалой и балластом, его жесткости и т.д. [1, 2, 3, 4, 5]. В рамках настоящего исследования для определения данных характеристик проводились испытания на приборах трехосного нагружения. Испытания проводились в стабилометре STX-600 (рисунок 1) в соответствии с действующими национальными стандартами [8] .

Рис. 1. Прибор трехосного нагружения STX-600: 1 – силовая рама; 2 – камера стабилометра; 3 – блок контроля всестороннего давления в камере стабилометра; 4 – блок сбора данных; 5 – персональный компьютер с программным обеспечением Методика испытаний заключается в том, что образец с пробами щебня помещался в водонепроницаемую мембрану. Затем образец с мембраной устанавливался в резервуар с водой, после чего в камере прибора создавалось всестороннее боковое давление, 3, которое обжимало сформированный образец из щебня. Боковое давление на образец 3 задавалось равным 40, 60 и 80 кПа .

На следующем этапе испытания через систему гидравлического нагружения на образец передавалась вертикальная нагрузка с постоянной скоростью нагружения до момента разрушения образца. В процессе эксперимента с помощью системы регистрации фиксировались величины избыточных вертикальных давлений на образец и соответствующие им значения вертикальных деформаций образца. Для получения значений удельного зацепления и угла внутреннего трения щебня испытания в одной серии испытаний проводились при нескольких разных значениях величин бокового давления, что давало возможность построить диаграмму напряженного состояния Мора, которая позволила определить значения прочностных свойств щебеночного балласта .

На рисунке 2 приведен пример обработки результатов экспериментов по определению удельного зацепления и угла внутреннего трения для нового гранитного щебня II категории по ГОСТ 7392-2014 [6] c построением кругов Мора и огибающей, характеризующей предельное напряженное состояние .

Рис. 2. Круги Мора и огибающая предельного напряженного состояния образцов В таблице 1 представлены сводные данные по результатам испытаний нового щебня, соответствующего требованиям ГОСТ 7392-2014 [6] .

Таблица 1. Результаты определения удельного зацепления и угла внутреннего трения нового щебня по ГОСТ 7392

–  –  –

По своей природе щебень, как несвязный материал, не обладает коагуляционными связями, формирующимися под действием молекулярных сил, то есть практически не должен иметь сцепления .

Однако, проведенные эксперименты, наоборот, не демонстрируют отсутствие удельного сцепления .

Причина кроется в появлении у щебня явления зацепления острых граней друг за друга при нагружении образца внешней нагрузкой, что и приводит к возникновению условного удельного сцепления, которое условно назовем «удельное зацепление». При чем сама по себе величина зацепления достигает значительных величин (до 65 кПа), фактически характеризующих величину касательных усилий, приводящих к скалыванию граней (ребер) частиц щебеночного балласта .

Однако, с течением времени щебень, используемый в балластном слое железнодорожного пути, под периодически действующей пульсирующей нагрузкой от проходящих поездов, имеет свойство скалываться, истираться и приобретать окатанную форму. Для оценки влияния формы зёрен щебня на его прочностные характеристики, новый щебень проходил обработку в специальной машине. Машина представляет из себя вращающийся барабан, в который помещался новый щебень, который за счет вращения начинает постепенно скалываться (окатываются острые грани) и истираться об соседние частицы, приобретая округлую форму. В зависимости от числа оборотов барабана щебень условно был разделен на 4 класса по окатанности: 1 класс – 100 оборотов, 2 класс – 200 оборотов, 3 класс - 500 оборотов, 4 класс – 800 оборотов. Из окатанного щебня были изготовлены образцы для испытаний, при этом фракционный состав образцов нового и окатанного щебня был идентичен .

На рисунке 3 приведено сопоставление изменения девиатора напряжений в образце грунта при разной степени обработки образца щебеночного балласта в полочном барабане при одинаковой величине всестороннего бокового давления, .

Рис. 3. Кривые разрушения образцов щебня в камере трехосного нагружения при разной степени обработки образцов балласта в полочном барабане (боковое давление в камере стабилометра 40 кПа) Анализ рисунка 3 позволяет сделать вывод, что появление в щебеночном балласте окатанных зерен приводит к уменьшению величины разрушающего давления на образец щебня. При этом, щебень с более окатанными ребрами показывает более низкие значения разрушающей величины девиатора напряжений при прочих равных условиях. Образец из нового щебня при боковом давлении 40 кПа разрушается в камере стабилометра при величине девиатора напряжений, равной 662 кПа. Образец щебня, прошедший обработку в полочном барабане при 200 оборотах, характеризуется разрушающим девиатором в 435 кПа, а щебень после обработки при 800 оборотах – 340 кПа. Таким образом, в первом случае разрушающая нагрузка оказалась в 1,5 раза меньше, а во втором случае в 1,9 раза ниже по сравнению с новым щебнем .

Это свидетельствует о том, что прочностные свойства окатанного щебня будут значительно ниже, чем у нового .

В таблице 2 приведены итоговые результаты определения прочностных свойств окатанного щебня .

Таблица 2. Результаты определения удельного зацепления и угла внутреннего трения щебеночного балласта в сериях испытаний с разной степенью окатанности

–  –  –

Из полученных данных видно, что существует выраженная зависимость между степенью окатанности зёрен щебня (формой зерна) и его удельным сцеплением. По мере приближения зёрен щебня к полуокруглой и округлой форме сцепление щебня снижается практически до нуля. Если новый щебень характеризуется удельным сцеплением С равным 57 кПа, то очищенный щебень после обработки в полочном барабане при количестве оборотов, равном 800, имеет сцепление 9 кПа, то есть в 6 раз меньше .

В отношении угла внутреннего трения можно сделать вывод, что с увеличением степени окатанности практически не изменяется .

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы .

1. Новый щебеночный балласт по ГОСТ 7392-2014 [6] характеризуется значительной величиной удельного зацепления (до 50-60 кПа) и значением угла внутреннего трения, достигающего 50-52 град .

2. Повышение степени окатанности зерен щебеночного балласта приводит к снижению прочностных свойств щебеночного балласта. Если новый щебень характеризуется величиной сцепления 57 кПа, то щебень после в барабане при количестве оборотов, равном 800, в полочном барабане имеет удельное сцепление практически равное нулю, что несомненно скажется на несущей способности балластного слоя .

3. Степень окатанности зерен практически не влияет на угол внутреннего трения щебня. Среднее значение угла внутреннего трения любого щебня среднем составляет 51° .

Список литературы

1. Кьян И., Ли С.Ж., Тутумлуер Е., Хашаш И.М.А. Оценка прочностных свойств балласта на основе крупномасштабных трехосных испытаний. Метод дискретного элемента: Транспортные исследования. № 2374. С. 126-135 .

2. Кумара Ж., Хаяно К., Шигекуни И., Сасаки К. Физические и механические свойства песчаногравийных смесей, оцененных в лаборатории трехосных испытаний: Международный журнал геоматериалов. Издание 4. № 2 (S. 1. № 8). С. 546-551. Июнь, 2013 .

3. Ионеску Даниэла. Оценка инженерных характеристик железнодорожного балласта. Диссертация, утвержденная на получение степени доктора наук. Университет Воллонгонга, 2004, 440 с .

4. Нальсунд Р. Характеристики железнодорожного балласта, критерии выбора и эксплуатация .

Норвежский Университет наук и технологий. Диссертация на соискание степени доктора наук, 2014 .

177 с .

5. Индраратна Б., Нимбалкар С. Последствия разрушения балласта для железнодорожного пути, основанного на численном моделировании. Сидней. Австралия, 2011. 13-я международная конференция международной Ассоциации компьютерных методов, применяемых в геомеханике. С .

1085-1092 .

6. ГОСТ 7392-2014 «Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути» .

7. Черников А.К. Решение жесткопластических задач геомеханики методом характеристик: Учеб .

пособие / Петерб. гос. ун-т путей сообщ. СПб.: ПГУПС, 1997. 191 с .

8. ГОСТ 12248-2010. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и




Похожие работы:

«Бекітемін РГП Госэкспертиза Бас директорды бірінші орынбасары Т.Д. араойшин "Астана аласындаы Орынбор жне № 227 (жобалы атауы) кшелерді иылысында жапсарлас салынан орынжайлары мен паркингі бар кп птерлі трын й кешендерін салу" жмыс жобасы бойынша 30.12.2015 ж. № 01-0597/15 О Р Ы Т Ы НД Ы ТАПСЫРЫС Б...»

«Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет УПИ" А.Г. Долматов, А.С. Петров Лабораторная работа 2 СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР XILINX ECS Учебное электронное текстовое издание Подго...»

«Munich Personal RePEc Archive Advertising on mobile applications Alexandr Sobolevsky Omsk State Technical University 10. June 2015 Online at http://mpra.ub.uni-muenchen.de/64942/ MPRA Paper No. 64942, posted 11. June 2015 05:53 UTC Реклама в мобильных приложениях Соболевский А. П. Омский госуд...»

«В. Елисеев ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ В. Елисеев. Избранные труды т. 1 Светлой памяти мамы Галины Дмитриевны посвящается Автор В. К. Елисеев ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ В трех томах В. К. Елисеев ИЗБРАННЫЕ ТРУДЫ Том I Первый том посвящен вопросам прикладной кибернетики и математики, вычислительной техники и...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" Армавирский механико-технологический институт ПРОГРАММА XXIII с...»

«Вентиляторы вытяжные Vents 100 Сімпл: Инструкция пользователя Вентс 100 Симпл ОСЕВОЙ ВЕНТИЛЯТОР руководство пользователя www.ventilation-system.com СОДЕРЖАНИЕ Комплект поставки Краткое описание Правила экспл...»

«"Самбо в школу" реализация проекта Самбо в школу на территории Хабаровского края Самбо — исконно русский вид спорта, который зародился в СССР. В спортивное самбо можно отдавать даже самых маленьких детей, это отличный способ для развития силы и выносливости. Боевое самбо — чаще выбор состоявшихся сп...»







 
2019 www.librus.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - собрание публикаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.