Демпфирование сейсмического воздействия в модели упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях на примере железнодорожной насыпи

В статье рассмотрена проблема моделирования напряженно-деформированного состояния земляного полотна железной дороги с учетом сейсмического воздействия.

Целью работы является определение зависимости напряженно-деформированного состояния земляного полотна железной дороги от параметров демпфирования (свойств материала демпфирующего слоя, мощности этого слоя и его расположения в конструкции земляного полотна).

Использован принцип численного моделирования динамического воздействия методом конечных элементов. Моделирование производилось с применением акселерограммы, сгенерированной в программном комплексе Plaxis 2D. Рассмотрены отличительные особенности модели упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях, влияющие на полноценность моделирования сейсмического воздействия на земляное полотно.

Приведено описание принятых в исследовании ключевых параметров напряженно-деформированного состояния железнодорожной насыпи в ходе динамического воздействия. Среди них горизонтальные перемещения основной площадки земляного полотна, осадка по завершении землетрясения, напряжения в зоне формирования поверхности скольжения, удельная рассеянная энергия деформации в ходе сейсмического воздействия.

Произведены динамические расчеты напряженно-деформированного состояния железнодорожной насыпи при землетрясении с использованием модели упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях.

Определено влияние динамических характеристик модального и гистерезисного демпфирования грунта насыпи и демпфирующего слоя на параметры напряженного-деформированного состояния земполотна железнодорожного пути.

Определены оптимальные параметры демпфирования для максимального снижения горизонтальных перемещений, осадки после землетрясения, уменьшения колебаний напряжений в земляном полотне, поглощения удельной рассеянной энергии деформации в ходе землетрясения. Подбор оптимальных параметров осуществлялся на основе сравнения вариантов демпфирования, различающихся мощностью и положением демпфирующего слоя (слоев) в конструкции насыпи.

1. Меркурьев Ю. С. Моделирование сейсмического воздействия на земляное полотно с демпфирующим слоем. Динамический расчет по акселерограмме // Вестник УрГУПС. 2023. № 4. С. 110–119.

2. Пособие по моделям материалов. PLAXIS CONNECT Edition V20. URL: https://bentleysystems.service now.com/community?id=kb_article_view&sysparm_article=KB0108423 (дата обращения: 01.11.2025).

3. Меркурьев Ю. С. Влияние демпфирования по Рэлею на устойчивость земляного полотна железной дороги в условиях сейсмического воздействия // Бюллетень результатов научных исследований. 2024. Вып. 3. С. 104–113. DOI 10.20295/2223-9987-2024-03-104-113.

4. Меркурьев Ю. С. , Колос А. Ф. Обоснование выбора модели грунта для исследования стабильности земляного полотна железной дороги при сейсмическом воздействии // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2025. № 3 (75). С . 66–77. DOI 10.52170/1815-9265_2025_75_66.

5. Brinkgreve R. B. J., Kappert M. H., Bonnier P. G. Hysteretic damping in a small-strain stiffness model // Proc. NUMOG X. 2007. Р. 737–742. URL: https://www.researchgate.net/publication/267411874 (дата обращения: 02.11.2025).

6. ГОСТ Р 56353–2022. Грунты. Методы лабораторного определения динамических свойств дисперсных грунтов : утвержден и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 14 апреля 2022 г. № 210-ст // Электронный фонд правовых и нормативно-технических докумен тов. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200183923 (дата обращения: 02.11.2025).

7. Мирный А. Ю., Мосина А. С. Математические модели грунтов для инженеров : монография. Москва : Геоинфо, 2024. 416 с.

8. Vibration of subgrade and evaluation of derailment coecient of train under combined earthquake moving train load / M. Gao, X. Xu, R. He [et al.] // Soils and Foundations. URL: https://doi.org/10.1016/j.sandf.2020.12.005 (дата обращения: 01.11.2025).

9. СП 358.1325800.2017. Сооружения гидротехнические. Правила проектирования и строительства в сейсмических районах : утверждены приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 26 декабря 2017 г. № 1720/пр : введены в действие с 27 июня 2018 г. Москва : Стандартинформ, 2018. 50 с.

10. СП 14.13330.2018. Строительство в сейсмических районах : актуализированная редакция СНиП II-7-81* : утверждены приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Фе дерации от 24 мая 2018 г. № 309/пр : введены в действие с 25 ноября 2018 г. Москва : Стандартинформ, 2018. 116 с.

11. Инструкция по текущему содержанию железнодорожного пути : распоряжение ОАО РЖД № 2288 : утверждена распоряжением ОАО «РЖД» от 14 ноября 2016 г. № 2288р. URL: https://company.rzd.ru/api/media/resources/1503751 (дата обращения: 02.11.2025).

12. СП 119.13330.2024. Железные дороги колеи 1520 мм. СНиП 32-01-95 (с Изменением № 1) : утверждены и введены в действие приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 1 июля 2024 г. № 432/пр Москва : РСТ, 2024. 223 с.