Повышение сдвигоустойчивости грунтовых технологических карьерных автодорог на слабосвязанных основаниях

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.

1. Васильев М.В., Смирнов В.П., Кудрявцев А.А. Строительство, ремонт и обслуживание автомобильных дорог на карьерах цветной металлургии. М.: Цветметинформация, 1971. 82 с.

2. 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.

3. Афиногенов О.П. Обеспечение эффективности жестких одежд карьерных автомобильных дорог. Кемерово: Кузбассвузиздат, 1998. 120 с.

4. Мельников Н.В., Реентович Э.И., Симкин Б.А. Теория и практика открытых разработок. М.: Недра, 1979. 636 с.

5. 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.

6. Устян Н.А. Геоконтейнеры в дорожном и гидротехническом строительстве // Инженерностроительный журнал. 2011. № 4. С. 22–25. EDN: NVYNAD.

7. Федоренко Е.В. Геотехника и геосинтетика в вопросах и ответах. Саарбрюккен: Lambert AP, 2016. 198 с.

8. Пшеничникова Е.С. Геооболочки в дорожном строительстве. Геосинтетические материалы // Дороги. Инновации в строительстве. 2020. № 83. С. 43–47.

9. 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.

10. 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.

11. Хан Г.Н. Моделирование методом дискретных элементов динамического разрушения горной породы // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2012. № 1. С. 110–117. EDN: OXQBLT.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. Джамбулатов Р.Е., Жакулин А.С. Закономерности распределения напряжений в грунтовых основаниях внутрихозяйственных автомобильных дорог // Мировая наука. 2023. № 1. С. 42–51.

19. 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.

20. 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.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.