3.4.Определение коэффициента устойчивости насыпи.

Устойчивость насыпи характеризуется коэффициентом устойчивости, который должен находится в пределах 1,2 1,5. Коэффициент устойчивости определяется как:

.

К удерживающим силам относятся:

- сила внутреннего трения;

- сила сцепления;

- вес грунта;

К сдвигающим силам относятся:

- вес грунта;

- гидродинамическая сила;

Кроме этого к сдвигающим силам относятся постоянная нагрузка от верхнего строения пути и временная нагрузка от подвижного состава. Эти две нагрузки заменяются фиктивными столбиками грунта.

Высота столбика заменяющего временную поездную нагрузку, м:

,

где Р_вр – временная поездная нагрузка;

- объемный вес грунта насыпи.

Так как , то берем

м

Ширина столбика, м:

b_вр – 2,70 м – для деревянных шпал.

Высота столбика заменяющего вес верхнего строения пути, м:

м

Ширина столбика заменяющего действие веса верхнего строения пути, м:

- для одного пути двухпутной линии.

При 2^х путном участке воздействие временной поездной нагрузки заменяют двумя столбиками с расстоянием между двумя осями столбиков 4,1м.

Ширина основной площадки земляного полотна на двухпутной линии 11,7 м.

Раскрыв значения удерживающих и сдвигающих сил, получим:

.

где - длина дуги отсека.

.

3.5.Построение схемы для расчета устойчивости откоса пойменной насыпи.

По высоте насыпи от 0 до 6м уклон откоса 1 : 1,5, от 6 до 12м уклон откоса 1 : 1,75, уклон откоса бермы 1 : 2. Высота насыпи по заданию 21,5 м. Относительная отметка основания насыпи 87,0 м; относительная отметка горизонта высоких вод (ГВВ) 93,0 м. Ширину бермы принимаю 6 м. После построения насыпи, на основной площадке земляного полотна показываем фрикционные столбики грунта, которые заменяют действие временной поездной нагрузки и вес верхнего строения пути. Далее строится прямая центров кривых сползания – отрезок АВ. Из середины отрезка АВ поднимаем перпендикуляр до пересечения с прямой, которая проводится под углом 36° из левой верхней точки столбика, заменяющего действие временной поездной нагрузки. Таким образом, получаем точку С. Из точки С, проводим радиус СВ. Соединяя радиусом точки А и В, получаем кривую обрушения.

В результате построения получили массив, ограниченный кривой обрушения и верхней границей насыпи (основная площадка земляного полотна, откосы насыпи, бермой и откосом бермы). Получившийся массив разбиваем на отсеки, границы которых выбираются следующим образом:

- в местах характерных точек;

- ширина отсека не должна превышать 6 м.

После разбития на отсеки из точки С опускаем вертикальную прямую до пересечения с кривой обрушения. Эта прямая разделит массив на две части. В левой части действуют удерживающие силы, а в правой сдвигающие силы.

На пересечении оси пути и горизонта высоких вод получаем точку, из которой строим кривую депрессии с уклоном 0,07. Кривая депрессии разделит насыпь на две части. В первой части (выше кривой депрессии) лежат грунты, находящиеся при естественной влажности; во второй части (ниже кривой депрессии) грунты, находящиеся в обводненном состоянии. Ниже отметки земли находятся грунты основания. Остальные расчеты сведем в таблицу 10. Построение пойменной насыпи показано на рисунке 3.

Табл. 10. Определение удержвающих и сдвигающих сил.

Радиус, м	Номер отсеков	хi, м	sinβi = хi/R	cоsβi	ώi, м²			Qі = ώiY			Qi, т	Ni, т	fi	fi · Ni	Ci, т/м²	Li, м	сi·Li,т	Тi =Q	D, т	Куст
					ώн	ώвн	ώвон	qн = ·ώн	qвн = ·ώвн	qвон = ·ώвон
1	17	8,4	0,1479	0,9890	0	5,84	5,63	0,00	5,02	5,35	10,37	10,26	0,26	3,09	1,75	4,8	8,4	2,06		22
56,80	1	44,8	0,7887	0,6147	0,48	0	0	0,85	0,00	0,00	0,85	0,52	0,31	0,16	3,00	4,40	4,20	0,78	10,82	0,96
	2	43,2	0,7606	0,6493	24	0	0	42,48	0,00	0,00	42,48	27,58	0,31	8,82	3,00	2,40	13,20	37,44	10,82	0,96
	3	41,2	0,7254	0,6884	10,82	0	0	19,15	0,00	0,00	19,15	13,18	0,31	4,15	3,00	3,80	7,20	16,10	10,82	0,96
	4	39,2	0,6901	0,7237	21,04	0	0	37,24	0,00	0,00	37,24	26,95	0,31	8,63	3,00	1,20	11,40	29,77	10,82	0,96
	5	37,4	0,6585	0,7526	9,6	0	0	16,99	0,00	0,00	16,99	12,79	0,31	4,13	3,00	2,20	3,60	12,97	10,82	0,96
	6	36,2	0,6373	0,7706	17,36	0	0	30,73	0,00	0,00	30,73	23,68	0,31	7,69	3,00	5,80	6,60	22,68	10,82	0,96
	7	33,2	0,5845	0,8114	44,54	0	0	78,84	0,00	0,00	78,84	63,97	0,31	20,97	3,00	5,80	17,40	53,41	10,82	0,96
	8	28,4	0,5000	0,8660	41,18	1,6	0	72,89	1,38	0,00	74,26	64,32	0,23	16,74	1,50	6,00	8,70	45,00	10,82	0,96
	9	23,6	0,4155	0,9096	33,12	13,5	0	58,62	11,61	0,00	70,23	63,88	0,23	17,16	1,50	6,00	9,00	36,26	10,82	0,96
	10	18,2	0,3204	0,9473	32,18	23,8	0,08	56,96	20,47	0,08	77,50	73,42	0,26	22,30	1,75	6,00	10,50	30,98	10,82	0,96
	11	12,8	0,2254	0,9743	16,89	24,2	5,8	29,90	20,81	5,51	56,22	54,77	0,26	17,20	1,75	6,00	10,50	16,29	10,82	0,96
	12	6,8	0,1197	0,9928	11,2	27,8	10,1	19,82	23,91	9,60	53,33	52,94	0,26	16,89	1,75	4,00	10,50	8,32	10,82	0,96
	13	2	0,0352	0,9994	5,4	19,6	7,96	9,56	16,86	7,56	33,98	33,95	0,26	8,90	1,75	1,00	7,00	1,28	10,82	0,96
	14	0,5	0,0088	1,0000	0,2	4,81	2,03	0,35	4,14	1,93	6,42	6,42	0,26	0,22	1,75	1,20	1,75	0,08	10,82	0,96
	15	1,6	0,0282	0,9996	0	5,46	2,62	0,00	4,70	2,49	7,18	7,18	0,26	0,23	1,75	4,80	2,10	0,27	10,82	0,96
	16	4,6	0,0810	0,9967	0	16,4	8,9	0,00	14,10	8,46	22,56	22,48	0,26	6,85	1,75	4,80	8,40	2,27	10,82	0,96
Итого					168,01		37,49	474,38	117,97	35,62	627,96			163,93			132,05	313,90	10,82

Площадь части сползающего клина, насыщенного водой:

Тогда гидродинамическая сила:

.

Рассчитаем коэффициент устойчивости:

.

Вывод: в результате расчета получили коэффициент устойчивости 0,93.

Данный коэффициент устойчивости меньше нормативного значения равного 1,2 , поэтому откос насыпи не устойчив и необходимо проводить мероприятия по откосу насыпи.

Например можно использовать следующие мероприятия по укреплению откоса земляного полотна:

1. Искусственный дерновый покров;

2. Покрытие откоса крупнообломочными грунтами;

3. Бетонные и железобетонные укрепления;

4. Увеличение бермы земляного полотна.