авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Эффективность применения теплоизоляции земляного полотна на пучинистых участках железнодорожного пути

-- [ Страница 3 ] --

рисунок 1

характеристики асбеста и щебня, приводит к увеличению глубины промерзания, увлажнению глинистых грунтов земляного полотна и, как следствие, к росту пучения. Прогнозирование глубины промерзания земляного полотна в новых условиях выполнялись решением системы дифференциальных уравнений теплопроводности применительно к расчету процессов промерзания и оттаивания грунтовых оснований по программе «Led - IA» на ПК (рис. 2).

Моделирование процесса промерзания и оттаивания подрельсового основания сводится таким образом к расчету системы из n обыкновенных алгебраических уравнений вида:

где Сi, i, и Q – соответственно, объемная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и количество теплоты фазовых переходов грунтовой влаги в 1 м3 грунта;

Хi – толщина i-го слоя подрельсового основания, м;

– временной шаг дискретной модели, назначаемый из условия сходимости решения:

.

Условиями однозначности полученной системы уравнений являются приведенная температура воздуха и температура на глубине нулевых годовых амплитуд.

Приведенная температура устанавливалась с учетом радиационного теплообмена и затрат тепла на испарение влаги.

Термическое сопротивление теплообмену на поверхности балластной призмы определялось с учетом ее теплоотдачи, а также толщины и плотности снежного покрова.

Для установления степени сходимости результатов расчетов, полученных при помощи программы «Led-IА», с натурными данными смоделирован поперечный профиль на ПК 32723+80,00 в соответствии со скважинами, где были произведены замеры температур. Климатические данные приняты по наблюдениям Новосибирской метеостанции.

Расчетные величины теплофизических характеристик грунтов установлены в соответствии с методикой прогноза геокриологических условий в основаниях транспортных сооружений. По результатам расчетов построены графики распределения температур в грунте по месяцам (рис.3).

Сравнение этих графиков с наблюденными показало идентичность распределения температур в грунте земляного полотна, причем особенно наглядно просматривается влияние пенополистирола на «заторможенность» промерзания. Необходимо учесть, что зима 2001 – 2002 г.г., когда производились натурные измерения, была сравнительно теплой.

Блок схема рис, 2

Результаты математического моделирования промерзания грунтов

Скважина С-1 Скважина С-2 Скважина С-3
19
Декабрь Январь Февраль Март

Рисунок 3.

Прогнозируемая величина пучения по II пути оказалась завышенной не более чем на 15%, что объясняется запасом расчета, вводимым для возможных случаев аномально холодных зим. Таким образом, был сделан вывод о том, что программа «Led-IА» достоверно, с высокой точностью описывает процессы промерзания – оттаивания в грунтах земляного полотна и может быть использована для моделирования тепловых процессов при любом сочетании природных факторов и конструкций пути.

В этом же разделе работы при помощи программы «LedIА» было изучено влияние различных сочетаний природных факторов на глубину промерзания подрельсового основания.

При этом выделены три группы численных экспериментов.

В первой группе изучено влияние влажности грунта на процесс пучинообразования при прочих неизменных условиях.

Исходные данные: грунт - суглинок пылеватый, его плотность в сухом состоянии принята постоянной, соответствующей предзимнему периоду инженерно-геологических исследовании в октябре 2001 г: d = 1,50 т/м3. Относительное пучение при влажности W=0,8WL f = 0,112. Влажность на границе раскатывания WР изменялась от 15% до 30% с шагом 5%. Расчет рассмотренных выше величин произведен в табличной форме. Мощность балластных материалов 1,58 м.

Полученные результаты подтвердили обратно пропорциональную зависимость величины пучения от влажности грунта в предзимний период. Для исследованных условий она имеет вид: p = 69,44 - 0,448W.

Это объясняется тем, что величина пучения зависит от количества миграционной влаги, поступающей в пучащий слой в зимний период, а чем выше влажность пучащегося грунта, тем ниже темп промерзания и доля миграционной влаги, а значит и величина пучения.

Во второй группе экспериментов рассмотрена зависимость величины пучения от климатических условий.

Грунт - суглинок пылеватый, влажность на границе раскатывания WР = 25%. Температура воздуха принималась по среднемесячным значениям в четырех вариантах:

- в соответствии со СНиП 23-01-99;

-за десятилетний период наблюдений (1988 по 1998 г.г.) Новосибирской метеостанции;

- по наиболее холодному году, каким оказался 1996 г.;

- по самому малоснежному году.

По результатам расчетов построен график, представляющий линейную зависимость глубины промерзания от среднегодовой температуры поверхности, который позволяет оценить возможное увеличение высоты пучения в аномально холодные и малоснежные годы (рис.4).

В третьей группе экспериментов изучалась зависимость величины пучения от вида промерзающего грунта. Данные по теплофизическим свойствам грунтов приняты на основании инженерно-геологических исследований главного хода Западно-Сибирской железной дороги.

В качестве промерзающего слоя рассматривались три вида грунта: супесь, суглинок, глина. Плотность, влажность, число пластичности приняты равными наиболее распространенным для Западно-Сибирской железной дороги.

Полученные результаты показали, что глина и супесь обладают схожей степенью промерзания и в равнозначных условиях промерзают одинаково. Суглинок заметно отличается от других глинистых грунтов. По степени пучинистости он является наиболее опасным и при новом строительстве желательно избегать его применения в земляном полотне.

График зависимости величины пучения от среднегодовой температуры поверхности

 Проведенные машинные-10

Рисунок 4.

Проведенные машинные эксперименты позволили сделать вывод о самом неблагоприятном, по величине пучения, сочетании: теплая малоснежная зима, грунт под основной площадкой – маловлажный пылеватый суглинок.

В заключительном разделе даны рекомендации по применению противопучинных мероприятий для условий, аналогичных Западно-Сибирской ж.д.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты математического моделирования процессов промерзания подрельсового основания для различных исходных условий, подтвержденные экспериментальными наблюдениями на опытных участках, позволил рекомендовать упрощенную формулу для расчета толщины пенополистирола h (см.):

,

где – сумма морозоградусосуток;

– толщина оставляемых под покрытием балластных отложений, м.

С целью уменьшения толщины h на участках пучинных деформаций, превышающих 25 мм., наиболее эффективной представляется противопучинная конструкция подрельсового основания, состоящая из щебеночной балластной призмы толщиной 0,5 м., отсыпанной по слою асбестовых отходов толщиной 0,2 м., под который уложен пенополистирол толщиной (h-2) см., подстилаемый покрытием из геотекстиля «Комитекс» марки Геоком ДТМ – 360 с поверхностной плотностью не менее 360 г/см2., так как каждые 10 см. асбеста эквивалентны 1 см. пенополистирола, то его толщина может быть уменьшена на (2…3)см. Наряду с теплоизолирующим воздействием асбестовые отходы защищают пенополистирол от механических повреждений.

Применение именно этой марки геотекстильного материала обосновано испытаниями, проведенными на кафедре «Путь и путевое хозяйство» Сибирского Государственного Университета Путей Сообщения и показавшими его практическую водонепроницаемость.

На участках пути с неравномерными пучинами высотой (20…25)мм. рекомендуется укладка пенополистирола толщиной (4…6)см. (по расчету) с щебеночным балластом толщиной 0,5м.

При высоте пучинных горбов менее 20 мм. их ликвидация может быть достигнута укладкой пенополистирола толщиной 4см. при нормативной толщине балластной призмы.

На участках равномерного пучения, подготавливаемых к укладке бесстыкового пути, деформации исключаются укладкой геотекстиля «Комитекс С – 1».

Еще одним резервом снижения объема теплоизоляции является его сочетание с геотекстилем: в этом случае влажность пучинистого грунта под балластными отложениями не превысит влажности на границе раскатывания WР, что исключает возможность появления коренных пучин.

Данные рекомендации существенно снижают объемы использования пенополистирола, толщина которого на большом протяжении пучинистых участков составляла до недавнего времени (10 … 15) см. Проведенные нами исследования показали, что даже в отсутствие слоя асбестовых отходов эти цифры завышены, так как они назначались из условия полного выведения глубины промерзания из зоны пучащегося грунта. Между тем, промерзание этого грунта на глубину (0,2…0,3)м. вполне допустимо, так как оно может произойти лишь в марте – апреле, когда миграция влаги из талого слоя к ледяным линзам невозможна, а значит, отсутствуют предпосылки к росту пучинных горбов.

Требуемая эффективность использования пенополистирола достигается не только обоснованным назначением его толщины, но и соблюдением следующих условий:

1. Тщательная подготовка дна вырезки с уклоном в сторону откоса не менее чем 40 ‰ и удаление с его поверхности частиц щебня: контроль качества планировки поверхности должен быть направлен на исключение местных углублений и резкого изменения уклона планирования, могущих вызвать излом уложенных плит.

2. Обеспечение ширины вырезки не менее чем (4,7…5,2)м для укладки плит пенополистирола длиной (4,5…5,0)м. в зависимости от суммы морозоградусосуток, с обязательной засыпкой торцов пенополистирола с целью исключения бокового промерзания грунта и механического повреждения.

3. Устройство сопряжений по краям теплоизолируемого участка путем раскладки плит пенополистирола с просветами между ними от 0,05м. до 0,50 м. по длине сопряжения

4. Надлежащая культура производства работ при стыковке плит между собой, не допускающая зазоры и изломы плит пенополистирола. На участках сопряжения требуется фиксация плит и их покрытие балластом во избежание смещения относительно проектного положения.

В целом выполненные исследования позволяют оптимизировать применение теплоизолирующих покрытий в зависимости от величины пучения, сочетая их с использованием геотекстиля и асбестовых отходов, что повысит эффективность противопучинных устройств и снизит затраты железных дорог по устранению морозных деформаций пути.

Основные положения диссертации опубликованы в работах автора:

  1. Цигипов А.Д. Нерешенные вопросы борьбы с пучинами на железной дороге// Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе/ Научно-практическая конференция -Новосибирск: СГУПС, 2001. – С. 283-284.
  2. Цигипов А.Д. Результаты наблюдений за промерзанием теплоизолированного земляного полотна// ВУЗы Сибири и Дальнего Востока Транссибу/ Региональная научно-практическая конференция - Новосибирск: СГУПС, 2002. – С. 135-136.
  3. Цигипов А.Д. Расчетное обоснование укладки пенополистирольного покрытия для предотвращения пучинообразования// Современные научно-технические проблемы железнодорожного транспорта/ Научно-практическая конференция – Екатеринбург: УрГУПС, 2003.

Подписано в печать 24.12.2003

Объем 1,75 печ.л. Тираж 70 экз.

Заказ №1160

Отпечатано с готового оригинал-макета в издательстве СГУПСа

Новосибирск, ул. Д.Ковальчук, 191



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

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.