inbureИзвестия вузов. Инвестиции. Строительство. НедвижимостьIzvestiya vuzov. Investitsii. Stroitelstvo. Nedvizhimost2227-29172500-154XIrkutsk National Research Technical University10.21285/2227-2917-2023-3-452-460BBKPLZinbure-7Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. СТРОИТЕЛЬСТВОTECHNICAL SCIENCES. CONSTRUCTIONПовышение сдвигоустойчивости грунтовых технологических карьерных автодорог на слабосвязанных основанияхImproving the shear resistance of ground technological quarry roads on loosely-bound subgradeshttps://orcid.org/0000-0002-9867-0496АлексеенкоВ. В.AlekseenkoV. V.

Алексеенко Виктор Викторович, к.х.н., доцент кафедры строительного производства

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Viktor V. Alekseyenko, Cand. of Sci. (Chem.), Associate Professor, Department of Construction Production

83 Lermontov St., Irkutsk 664074

alavic59@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0007-8039-1265ВолокитинИ. И.VolokitinI. I.

Волокитин Иван Игоревич, инженер по строительству

664025, г. Иркутск, ул. Сухэ-Батора, 4

Ivan I. Volokitin, Construction Engineer

4 Sukhe-Bator St., Irkutsk 664025

volokitinii@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0001-1275-5756СинюшкинА. Д.SinyushkinA. D.

Синюшкин Артем Дмитриевич, инженер-конструктор

664075, г. Иркутск, ул. Верхняя Набережная, 167/4, оф. 13а

Artem D. Sinyushkin, Design Engineer

167/4 Verkhnyaya Naberezhnaya St., office 13a, Irkutsk 664075

artemsinyushkin@bk.ruИркутский национальный исследовательский технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian FederationООО «Компания «Востсибуголь»Россия"Vostsibugol Company" LLCRussian FederationООО «Институт территориального развития»Россия"Institute of Territorial Development" LLCRussian Federation202316102023133452460Copyright © Алексеенко В.В., Волокитин И.И., Синюшкин А.Д., 20232023Алексеенко В.В., Волокитин И.И., Синюшкин А.Д.Alekseenko V.V., Volokitin I.I., Sinyushkin A.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://inbure.elpub.ru/jour/article/view/7

Работа посвящена решению актуальной проблемы укрепления оснований автомобильных дорог, по которым передвигаются автомобили большой грузоподъемности. Если такая автодорога имеет ограниченный срок эксплуатации, то экономически нецелесообразно предусматривать прочное цементобетонное основание. В этом случае требуется такое решение, которое в максимальной степени использует местные материалы, а также отходы производства, доступные в районе производства работ. Для выполнения расчетов напряжений, возникающих на большой глубине в основании технологической автодороги под воздействием колеса большегрузного автомобиля, необходимо использовать адекватные математические модели. В нашей работе расчеты проведены с помощью компьютерной программы, реализующей метод дискретных элементов. Этот метод позволяет из первых принципов рассчитывать напряжения в сильно неоднородных гранулированных средах. Конструкция дорожной одежды предполагает использование в основании дороги геоконтейнеров из использованных полипропиленовых биг-бэгов, которые ввиду большого размера придают большую сдвигоустойчивость при заполнении их любой грунтовой смесью. Долговечность полипропиленовой ткани в земляном полотне может достигать несколько десятков лет. Основная задача работы заключалась в расчете защитного слоя, состоящего из слоев щебня, глинистого грунта и полипропиленовой ткани. Толщина слоев подбиралась таким образом, чтобы растягивающие напряжения при проезде автотранспорта на поверхности геоконтейнера не превышали прочности материала оболочки контейнера.

The study aims to solve the urgent problem of strengthening the subgrade of roads for heavy-duty vehicles. In the case of a limited road service life, it appears economically unfeasible to provide a strong cement-concrete subgrade. This case requires a solution maximizing the use of both local materials and production wastes, available in the work area. In order to perform calculations of stresses, arising at a great depth in the subgrade of the technological road under the influence of heavy-duty vehicle wheels, it is necessary to use appropriate mathematical models. In the present study, the calculations were carried out using a software application that implements the method of discrete elements. Using this method, stresses in highly inhomogeneous granular media can be calculated using the first[1]principle approach. The design of road structural layers suggests the use of geocontainers, made of used polypropylene big bags at the subgrade, which, due to their large size, have a greater shear resistance when filled with any soil mixture. The durability of the polypropylene fabric in the roadbed can reach several decades. The main task of the study was to calculate the protective layer of alternated crushed stone, clay soil, and polypropylene fabric. The thickness of layers was selected such that the tensile stresses during the passage of vehicles on the surface of a geocontainer remain within the strength limits of the container shell material.

технологические автомобильные дорогисдвигоустойчивость грунтовметод дискретных элементовгеоконтейнерtechnological roadssoil shear stabilitydiscrete element methodgeocontainerReferencesВасильев М.В., Смирнов В.П., Кудрявцев А.А. Строительство, ремонт и обслуживание автомобильных дорог на карьерах цветной металлургии. М.: Цветметинформация, 1971. 82 с.Vasiliev M.V., Smirnov V.P., Kudryavtsev A.A. Construction, repair and maintenance of roads in the quarries of non-ferrous metallurgy. Moscow: Tsvetmetinformatsiya; 1971. 82 p. (In Russ.).Арефьев С.А. Повышение эксплуатационных свойств карьерных автодорог путем их уплотнения с использованием технологических автосамосвалов // Естественные и технические науки. 2015. № 1 (79). С. 40–42. EDN: TKSBVZ.Arefiev S.A. Improving the operational properties of quarry roads by compacting them using technological dump trucks. Estestvennye i tekhnicheskie nauki = Natural and technical sciences. 2015;1:40-42. (In Russ.). EDN: TKSBVZ.Афиногенов О.П. Обеспечение эффективности жестких одежд карьерных автомобильных дорог. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. 120 с.Afinogenov O.P. Ensuring the effectiveness of hard clothes for career roads. Kemerovo: Kuzbassvuzizdat; 1998. 120 p. (In Russ.).Мельников Н.В., Реентович Э.И., Симкин Б.А. Теория и практика открытых разработок. М.: Недра, 1979. 636 с.Melnikov N.V., Reentovich E.I., Simkin B.A. Theory and practice of open pit mining. Moscow: Nedra; 1979. 636 p. (In Russ.).Слободчикова Н.А. Научные основы подбора состава грунтов, укрепленных известью // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2017. Т. 3. № 4. C. 62–68. EDN: YLVHPO.Slobodchikova N.A. Scientific basis for the selection of the composition of soils, fortified with lime. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii = Journal of Science and Education of North-West Russia. 2017;3(4):62-68. (In Russ.). EDN: YLVHPO.Устян Н.А. Геоконтейнеры в дорожном и гидротехническом строительстве // Инженерностроительный журнал. 2011. № 4. С. 22–25. EDN: NVYNAD.Ustyan N.A. Geocontainers in road and hydraulic engineering construction. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal = Magazine of Civil Engineering. 2011;4:22-25. (In Russ.). EDN: NVYNAD.Федоренко Е.В. Геотехника и геосинтетика в вопросах и ответах. Саарбрюккен: Lambert AP, 2016. 198 с.Fedorenko E.V. Geotechnics and geosynthetics in questions and answers. Saarbrücken: Lambert AP; 2016. 198 p. (In Russ.).Пшеничникова Е.С. Геооболочки в дорожном строительстве. Геосинтетические материалы // Дороги. Инновации в строительстве. 2020. № 83. С. 43–47.Pshenichnikova E.S. Geo-synthetics in road construction. Geo-synthetic materials. Dorogi. Innovatsii v stroitel'stve. 2020;83:43–47. (In Russ.).Liu S.H., Liao J., Bong T.T., Fan Fan K.W. Repeated loading of soilbag-reinforced road subgrade // Geosynthetics International. 2021. 28. No. 2. Р. 113–124. https://doi.org/10.1680/jgein.20.00030.Liu S.H., Liao J., Bong T.T., Fan Fan K.W. Repeated loading of soilbag-reinforced road subgrade. Geosyn-thetics International. 2021;28(2):113-124. https://doi.org/10.1680/jgein.20.00030.Chu J., Varaksin S., Klotz U., Mengé P. Construction Processes // Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2009. P. 3006–3135. https://doi.org/10.3233/978-1-60750-031-5-3006.Chu J., Varaksin S., Klotz U., Mengé P. Construction Processes. In: Proceedings of the 17th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. 2009. p. 3006-3135. https://doi.org/10.3233/978-1-60750-031-5-3006.Хан Г.Н. Моделирование методом дискретных элементов динамического разрушения горной породы // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 110–117. EDN: OXQBLT.Khan G.N. Modeling by the method of discrete elements of dynamic destruction of rock. Fizikotekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2012;1:110-117. (In Russ.). EDN: OXQBLT.Martínez Morillo G.C., Bandeira A.A. Discrete Element Method applied to the simulation of the stress state in granular materials // Soil Research. 2018. Vol. 57. № 1. P. 85–110. https://doi.org/10.1071/SR18043.Martínez Morillo G.C., Bandeira A.A. Discrete Element Method applied to the simulation of the stress state in granular materials. Soil Research. 2018;57(1):85-110. https://doi.org/10.1071/SR18043.Shoko Ono, Roy Lichtenheldt and Kazuya Yoshida. Stress Analysis of soil beneath wheel for planetary rover by using discrete element method // VII International Conference on Particle-Based Methods. PARTICLES 2021.Ono Sh., Lichtenheldt R., Yoshida K. Stress Analysis of soil beneath wheel for planetary rover by using discrete element method. In: Proceedings of the VII International Conference on Particle-Based Methods (Particles-2021). https://doi.org/10.23967/particles.2021.027.Potyondy D.O. The bonded-particle model as a tool for rock mechanics research and application: current trends and future directions // Geosystem Engineering. 2015. Vol. 18. Iss. 1. P. 1–28. https://doi.org/10.1080/12269328.2014.998346.Potyondy D.O. The bonded-particle model as a tool for rock mechanics research and application: current trends and future directions. Geosystem Engineering. 2015;18(1):1-28. https://doi.org/10.1080/12269328.2014.998346.Krmela J., Krmelová V. The material parameters for computational modeling of long-fibre composites with textile // Machine Modelling and Simulations 2017 (MMS 2017): MATEC Web of Conferences 2018. Vol. 157. P. 01011. https://doi.org/10.1051/matecconf/201815701011.Krmela J., Krmelová V. The material parameters for computational modeling of long-fibre composites with textile. In: Machine Modelling and Simulations 2017 (MMS 2017): MATEC Web of Conferences. 2018.;157:01011. https://doi.org/10.1051/matecconf/201815701011.Tuan Anh Nguyen, Thang Ngoc Nguyen. Study on Stress Distribution in Soft Ground Consolidated with Deep Cement Mixing Columns under Road Embankment // Civil Engineering and Architecture. 2020. Vol. 8. № 6. P. 1251–1265. https://doi.org/10.13189/cea.2020.080609.Tuan Anh Nguyen, Thang Ngoc Nguyen. Study on stress distribution in soft ground consolidated with deep cement mixing columns under road embankment. Civil Engineering and Architecture. 2020;8(6):1251-1265. https://doi.org/10.13189/cea.2020.080609.Grawira Ganjur Giwangkara, Azman Mohamed, Hasanan Md. Nor, Nur Hafizah A. Khalid. The analysis of stress distribution on the physical model of road base layer // International journal of integrated engineering. 2020. Vol. 12. No. 8. P. 348–355. https://doi.org/10.30880/ijie.2020.12.08.033.Grawira Ganjur Giwangkara, Azman Mohamed, Hasanan Md. Nor, Nur Hafizah A. Khalid. The analysis of stress distribution on the physical model of road base layer. International journal of integrated engineering. 2020;12(8):348-355. https://doi.org/10.30880/ijie.2020.12.08.033.Джамбулатов Р.Е., Жакулин А.С. Закономерности распределения напряжений в грунтовых основаниях внутрихозяйственных автомобильных дорог // Мировая наука. 2023. № 1. С. 42–51.Jambulatov R.E., Zhakulin A.S. Regularities of tension distribution in the intraeconomic highways soil base. Mirovaya nauka. 2023;1:42-51. (In Russ.).Лунёв А.А., Сиротюк В.В. Распределение напряжений в массиве из золошлаковой смеси // Инженерно-строительный журнал. 2019. № 2 (86). С. 72–82. https://doi.org/10.18720/MCE.86.7. EDN: THWSAW.Lunev A.A., Sirotyuk V.V. Stress distribution in ash and slag mixtures. Inzhenerno-stroitel'nyj zhurnal = Magazine of Civil Engineering. 2019;86(2):72-82. (In Russ.). https://doi.org/10.18720/MCE.86.7. EDN: THWSAW.Selsal Z., Karakas A.S., Sayin B. Effect of pavement thickness on stress distribution in asphalt pavements under traffic loads // Case Studies in Construction Materials. 2022. Vol. 16. P. e01107. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01107.Selsal Z., Karakas A.S., Sayin B. Effect of pavement thickness on stress distribution in asphalt pavements under traffic loads. Case Studies in Construction Materials. 2022;16:e01107. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2022.e01107.Serin S., Oğuzhanoğlu M.A., Kayadelen C. Comparative analysis of stress distributions and displacements in rigid and flexible pavements via finite element method // Revista de la construccion. 2021. Vol. 20. No. 2. P. 321-331. https://doi.org/10.7764/RDLC.20.2.321.Serin S., Oğuzhanoğlu M.A., Kayadelen C. Comparative analysis of stress distributions and displacements in rigid and flexible pavements via finite element method. Revista de la construccion. 2021;20(2);321-331. https://doi.org/10.7764/RDLC.20.2.321.Пронь В.В., Вострокнутов С.М., Самохин А.Ю., Малыхина Е.А. Инновационные разработки по укреплению земляного полотна в дорожном строительстве // Строительные материалы. 2012. № 4. С. 50–55. EDN: PATBDV.Pron V.V., Vostroknutov S.M., Samokhin A.Yu., Malykhina E.A. Innovative developments to strengthen the subgrade in road construction. Stroitel'nye materialy = Construction materials. 2012;4:50-55. (In Russ.). EDN: PATBDV.Elias T., Shirlal K.G. Preliminary investigation on stability and hydraulic performance of geotextile sand con-tainer breakwaters filled with sand and cement // Scientific reports. 2022. No. 12. P. 15244. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19673-9.Elias T., Shirlal K.G. Preliminary investigation on stability and hydraulic performance of geotextile sand container breakwaters filled with sand and cement. Scientific reports. 2022;12:15244. https://doi.org/10.1038/s41598-022-19673-9.Димаки А.В., Шилько Е.В., Астафуров С.В., Коростелев С.Ю., Псахье С.Г. Связанная модель флюидонасыщенных пористых материалов, основанная на совмещении дискретного и континуального подходов // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2014. № 4. С. 68–101. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2014.4.03. EDN: TEQPSH.Dimaki A.V., Shilko E.V., Astafurov S.V., Korostelev S.Yu., Psakhie S.G. A coupled model of fluidsaturated porous materials based on the combination of discrete and continuum approaches. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhni-cheskogo universiteta. Mekhanika = Perm National Research Polytechnic University Mechanics Bulletin. 2014;4:68-101. (In Russ.). https://doi.org/10.15593/perm.mech/2014.4.03. EDN: TEQPSH.Ревуженко А.Ф., Клишин С.В., Бегляков В.Ю. Использование метода дискретных элементов при исследовании дилатансионных характеристик сыпучей среды // Актуальные проблемы современного машиностроения: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Юрга, 11–12 декабря 2014 г.). Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 2014. С. 90–93. EDN: TJJMYB.Revuzhenko A.F., Klishin S.V., Beglyakov V.Yu. Using the method of discrete elements in the study of dilatancy characteristics of a loose medium. Aktual'nye problemy sovremennogo mashinostroeniya: sbornik trudov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferentsii = Actual problems of modern engineering: proceedings of the International scientific-practical conference. 11-12 December 2014, Yurga. Tomsk: Tomsk Polytechnic University, 2014. (In Russ.). EDN: TJJMYB.Клишин С.В., Ревуженко А.Ф. Исследование задачи Янсена методом дискретных элементов в трехмерной постановке // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2014. № 3. С. 10–16.Klishin S.V., Revuzhenko A.F. Investigation of the Jansen problem by the discrete element method in a three-dimensional formulation. Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki poleznykh iskopaemykh. 2014;3:10- 16. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.