5.2. Условия нагружения и основные причины возникновения деформаций земляного полотна

Статические и динамические вертикальные (нормальные) и касательные (тангенциальные) силы, передаваемые колёсами транспортных средств через дорожную одежду на земляное полотно, вызывают напряжения и деформации в его теле, вследствие чего земляное полотно изнашивается и разрушается.

Обычно при определении напряжений и деформаций в земляном полотне многослойные конструкции приводят к двухслойным моделям (рис. 5.2.).

Рис. 5.2. Двухслойная модель дорожной конструкции

Вертикальные напряжения в земляном полотне по оси действующей нагрузки, равномерно распределенной на поверхности покрытия по площади круга диаметра Dдля конструкций, работающих в стадии обратимых (упругих) деформаций, могут быть определены по формуле проф. М.Б. Корсунского:

(5.1)

а в расстоянии rот оси действующей нагрузки:

(5.2)

(5.3)

где                                                                                                         (5.4)

P- давление на покрытие, МПа;

z- фактическое расстояние по вертикали от поверхности покрытия до рассматриваемой точки в земляном полотне,a z_э- расстояние до той же точки от поверхности дорожной одежды с эквивалентной толщинойh_э, см;

r- расстояние по горизонтали до этой точки от оси действующей нагрузки, см;

h- общая толщина одежды, см;

h_э- толщина эквивалентной дорожной одежды, см.

Сопоставления вертикальных напряжений, измеренных в грунтах, подстилающих различные конструкции одежд, с напряжениями, вычисленными по теоретическим формулам, приведены на рис. 5.3 и 5.4.

Рис. 5.3. Зависимость напряжения в подстилающем одежду грунте от относительной толщины эквивалентного слоя Z_э/D: 1,3 - теоретическая кривая и данные опытов для конструкций, работающих в стадии обратимых деформаций; 2,4 - теоретическая кривая и данные опытов для конструкций, работающих в упруго-вязкопластической стадии деформирования

Рис. 5.4. Сопоставление измеренных напряжений с полученными расчётами: 1,3 - теоретическая кривая и данные опытов для конструкций, работающих в стадии обратимых деформаций; 2,4 - теоретическая кривая и данные опытов для конструкций, работающих в упруго-вязкопластической стадии деформирования

На рис. 5.5 приведены закономерности распределения по оси действующей нагрузки наибольших касательных напряжений в нижнем слое (подстилающем одежду грунте) двухслойной модели при вертикальном давлении на ее поверхность по круглой площадке.

Рис. 5.5. Распределение касательных напряжений по глубине нижнего слоя в двухслойной модели при передачи нагрузки на покрытие через круглую площадку

При достижении недопустимых напряжений в грунте земляного полотна возникают существенные деформации в виде осадок, расползания насыпей, сползания откосов и т.д. Величина допустимых напряжений в грунте зависит от его физико-механических свойств, которые, в свою очередь, зависят от типа грунта, степени его уплотнения и влажности. Кроме того, под действием природно-климатических факторов могут возникать деформации и разрушения земляного полотна, которые в начальной стадии не оказывают влияния на состояние дорожной одежды. Это различные формы размывов земляного полотна, выдувание обочин и др. Однако эти деформации и повреждения должны быть немедленно устранены, поскольку при дальнейшем их развитии разрушение дороги примет общий характер.

Характерные деформации и повреждения земляного полотна и их основные причины приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Наиболее распространенные деформации и разрушения земляного полотна