Результаты моделирования эксплуатируемых насыпей при напорном инъектировании твердеющих растворов

Дальнейшее развитие железнодорожного транспорта возможно путем повышения интенсивности движения за счет увеличения веса и количества поездов, скорости их движения. Рост дефектов и деформаций земляного полотна при этом является неизбежным, а вопросы, связанные с усилением грунтов земляного полотна, остаются актуальными. Среди перспективных способов усиления эксплуатируемых железнодорожных насыпей следует выделить напорное инъектирование, позволяющее выполнять работы с минимальным ограничением движения или без него. Повышение качества проектирования усиления зависит от учета особенностей образования дефектов и деформаций земляного полотна, а также вероятностного прогнозирования направлений разрывов грунта при распространении нагнетаемого под давлением раствора. Для решения этих вопросов выполнено численное моделирование с использованием метода дискретных элементов, основанного на уравнениях движения частиц, из которых состоит геосреда, определяемых балансом количества движения и силой взаимодействия между элементами. В статье представлена модификация метода дискретных элементов, составленные модели, а также результаты моделирования эксплуатируемых насыпей. Рассмотрены особенности образования дефектов и деформаций в результате снижения физико-механических характеристик насыпных грунтовых массивов. Выполнена проверка адекватности полученных результатов путем сопоставления с результатами центробежного моделирования устойчивости откосов насыпей, выполненного под руководством профессора Т. Г. Яковлевой в МИИТе. Выявлены особенности процессов, происходящих в земляном полотне при напорном инъектировании твердеющих растворов. Установлено, что на основании вероятностного подхода с использованием модифицированной модели грунтовой насыпи возможно определить направления возникновения разрывов структуры грунта, значения критических давлений при напорном инъектировании твердеющих растворов.

земляное полотно, усиление грунтов, напорное инъектирование, дискретные элементы, railroad bed, soils reinforcement, pressure injection, discrete elements

1. Ланис А. Л. Способы усиления земляного полотна инъектированием // Известия Транссиба. 2016. № 3 (27). С. 117-124.

2. Ланис А. Л., Разуваев Д. А., Ломов П. О. Сопряжение подходных насыпей с мостами и путепроводами // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2016. № 2 (48). С. 110-120.

3. Ломов П. О. Определение коэффициента пористости грунта, уплотненного методом раскатки скважин // Вестник гражданских инженеров. 2015. № 6 (59). С. 94-99.

4. Колос А. Ф. Противодинамическая стабилизация железнодорожного земляного полотна путем цементации грунтов основной площадки : автореф. дис.. канд. техн. наук : 05.22.2006. СПб., 2000. 30 с.

5. McHenry M., Rose J. Railroad subgrade support and performance indicators // Research Report KTC-12-02 / FR 136-04-6F. Kentucky, 2012. P. 32.

6. Ашпиз Е. С. К стратегии реконструкции дефектного и деформирующегося земляного полотна с целью обеспечения надежной эксплуатации в условиях повышения осевых и погонных нагрузок // Тр. междунар. науч.-практ. конф. М. : МИИТ, 2004. С. II-10-II-11.

7. Ланис А. Л., Разуваев Д. А. Повышение качества усиления грунтвых массивов по результатам геотехнического мониторинга // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. 2017. № 4. С. 5-11.

8. Alam M., Luding S. Rheology of bidisperse granular mixtures via event driven simulations // J. Fluid Mech. 2003. Vol. 476. P. 69-103.

9. CundallP. A., StrackO. D. L. A discrete numerical model for granular assemblies // Geotechnique. 1979. Vol. 29, № 1. P. 47-65.

10. Хан Г. Н. О несимметричном режиме разрушения массива горных пород в окрестности полости // Физическая мезомеханика. 2008. Т. 11, № 1. С. 109-114.

11. Ланис А. Л., Хан Г. Н. Численное моделирование нагружения насыпного массива // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2015. № 1. С. 55-58.

12. Яковлева Т. Г., Иванов Д. И. Моделирование прочности и устойчивости земляного полотна. М. : Транспорт, 1980. 255 с.

13. Яковлева Т. Г., Виноградов В. В., Фроловский Ю. К. Способы усиления насыпей армогрунтовыми конструкциями // Путь и путевое хозяйство. 1997. № 1. С. 7-10.