Публикации автора

Введение. Расчет дорожных одежд по критериям прочности выполняют для расчетного периода года, когда влажность грунтов достигает наибольших значений. Такая влажность называется расчетной и устанавливается путем определения наибольшего значения при заданной односторонней доверительной вероятности с учетом различных поправок на рельеф местности, конструкции земляного полотна и укрепления обочин. Казалось бы, сделано все правильно, но в ряде случаев расчетная влажность достигает больших значений, находящихся в пределах 80…90% от влажности на границе текучести. Такие значения расчетной влажности больше полной влагоемкости некоторых разновидностей грунтов. В этом случае нарушена физика процесса водонасыщения грунта.

Материалы и методы. Для вычисление полной влагоемкости использованы физические основы инженерной геологии, базирующиеся на трехфазной физической модели дисперсного грунта. В этой модели каждая из трех фаз (твердая, жидкая и газообразная) занимает определенный объем, а минеральные частицы и жидкость обладают массой и весом. На основе данной модели получены классические фундаментальные формулы, позволяющие определять любую физическую характеристику грунта. Для расчета полной влагоемкости применены данные фундаментальные зависимости. Расчет полной влагоемкости использован при построении линии нулевого содержания воздуха в грунте при его стандартном уплотнении. Показано, что полная влагоемкость, изображенная на этой линии, является наибольшей влажностью для грунта, уплотненного до данного состояния.

Результаты. Предложен способ вычисления полной влагоемкости грунта при различных коэффициентах уплотнения. В качестве минимально возможного коэффициента уплотнения принимается его величина в зимний период. Эта величина вычисляется с учетом поправки Ю. М. Васильева и А. С. Еремина, учитывающей разуплотнение грунта при замерзании воды. Полная влагоемкость грунта, вычисленная при минимальном коэффициенте уплотнения, представляет собой предельное значение, которое расчетная влажность превышать не может.

Заключение. Изложены представления авторов о физическом состоянии грунтов, согласно которым их расчетная влажность не может превышать полную влагоемкость при данной степени уплотнения. Поэтому величину расчетной влажности, выраженную в долях от влажности на границе текучести Wр / WТ, предлагается ограничить относительным значением полной влагоемкости Wsut / WТ.

Введение. В настоящее время при расчете дорожной одежды по сдвигу в грунте напряжения сдвига от временной и постоянной нагрузок вычисляются при разных значениях угла внутреннего трения. Следовательно, в расчете дорожной одежды по сдвигу в грунте оперируют напряжениями, действующими вдоль двух разных площадок, что является ошибкой и требует исправления.

Методы и материалы. Разработана модель прогнозирования накапливаемой остаточной деформации, которая при заданных значениях минимального главного напряжения и числа приложенных нагрузок позволяет определять величину максимального главного напряжения, при которой остаточная деформация достигает предельной величины. Используя значение главных напряжений, вычисляют сцепление и угол внутреннего трения для числа нагрузок, принятого в расчете деформации.

Результаты. Произведен расчет параметров сопротивления сдвигу и сопротивления всестороннему растяжению при применении для расчета накапливаемой остаточной деформации предлагаемой модели и модели Барксдейла – Казарновского. Выполнено сопоставление результатов расчета.

Заключение. Полученные результаты позволяют сделать расчет дорожной одежды дороги с низкой интенсивностью движения по критерию сопротивления сдвигу в грунте.

Введение. Параметры прочности и деформативности асфальтобетона существенно зависят от его температуры. В широком диапазоне варьирования температуры асфальтобетон проявляет упруго-вязко-пластические свойства. Это приводит к тому, что на макроуровне при увеличении температуры прочность асфальтобетона и его сопротивляемость деформации уменьшается. В условиях отрицательных температур асфальтобетон проявляет свойства хрупкого тела, а при положительных температурах асфальтобетон нужно рассматривать как квазихрупкий материал. Следовательно, в практику расчета нежестких дорожных одежд и проектирование состава асфальтобетонов необходимо внедрять материальные константы микроуровня (поверхностную энергию, энергию разрушения, предельные значения коэффициентов интенсивности напряжений или трещиностойкость, вязкость разрушения). Выполнен анализ методов расчета дорожных одежд, применяемых в практике дорожного строительства. Сформулирована цель работы.

Методы и материалы. Приведены сведения о концепциях хрупкого и квазихрупкого разрушения А. Гриффится и Дж. Ирвина, описан критерий роста трещины в виде J-интеграла Черепанова – Райса. Сделан вывод, что одним из вариантов расчета асфальтобетонных слоев дорожной одежды при нулевой и отрицательной температуре является применение теории хрупкого разрушения А. Гриффитса. Применение механики хрупкого разрушения позволяет определить критическое напряжение при заданном размере дефектов в структуре асфальтобетона и, наоборот, критическую длину трещины при заданном напряжении. Следующим этапом должен стать расчет по коэффициентам интенсивности напряжений или энергии разрушения, применяемые в рамках линейно-упругой механики разрушения, но учитывающей образование в вершине трещины пластической зоны с малыми необратимыми деформациями. Классические формулы А. Гриффитса содержат материальные константы, в том числе модуль упругости, величина которого зависит от содержания воздушных пустот. На микроуровне воздушные пустоты представляют собой концентраторы напряжений. Поэтому учет содержания воздушных пустот при определении модуля упругости асфальтобетона, применяемого в расчете дорожной одежды, является актуальной задачей, имеющей практическую значимость. Выполнен обзор научных работ по определению энергетических констант горячих асфальтобетонов в зависимости от вариации различных факторов.

Результаты. Приведены результаты расчета критической длины трещины для горячих асфальтобетонов на битумах марок БНД, соответствующие допуску по содержанию воздушных пустот. Из анализа результатов расчета следует, что увеличение содержания воздушных пустот приводит к снижению модуля упругости асфальтобетона и уменьшению критической длины трещины. Расчеты выполнены для трех величин удельной поверхностной энергии.

Заключение. Полученные результаты позволяют более детально производить расчет дорожной одежды

Введение. Показано, что воздушные пустоты по своей сути являются дефектами структуры асфальтобетона. Приведены сведения о математических моделях, учитывающих влияние содержания воздушных пустот как на модуль упругости асфальтобетона, так и на срок службы дорожной одежды, выраженный в суммарном числе расчетных нагрузок, которые могут быть реализованы до разрушения дорожной одежды. Поэтому учет содержания воздушных пустот при определении модуля упругости асфальтобетона, применяемого в расчете дорожной одежды, является актуальной задачей, имеющей практическую значимость.

Методы и материалы. Выполнен анализ методов учета эффекта накопления повреждений, применяемых к расчету асфальтобетонов и других материалов по сопротивлению усталостному разрушению. На основании этого анализа сделан вывод о возможности применения к определению модуля упругости асфальтобетона теории повреждаемости. Подчеркнута аналогия между повреждаемостью Ю. Н. Работного и содержанием воздушных пустот. При этом обоснована возможность применения к расчету модуля упругости асфальтобетона принципа деформационной эквивалентности поврежденной и сплошной среды. К расчету напряжения от растяжения при изгибе применена концепция Л. М. Качанова, состоящая в увеличении величины напряжения при возрастании количества повреждений.

Результаты. Приведены результаты расчета модулей упругости асфальтобетона на битуме марок БНД при различном содержании воздушных пустот, но в пределах, допускаемых ГОСТ Р 58406.2–2020. За счет этого дополнены данные ГОСТ Р 71404–2024 о значениях модулей упругости асфальтобетонов. Целесообразность дополнения авторами данных ГОСТ Р 71404–2024 объясняется тем, что температура асфальтобетонной смеси в различных частях кузова самосвала различна, что обуславливает неодинаковые условия уплотнения смеси по ее температуре. В этом случае испытания кернов, взятых из точек отбора, расположенных друг от друга на близком расстоянии, показывают практически одинаковое содержание битума, но разное содержание воздушных пустот. Поэтому при проектировании нежестких дорожных одежд нужно ориентироваться на модули упругости асфальтобетона, соответствующие максимальному допуску по содержанию воздушных пустот.

Заключение. Полученные результаты позволяют более детально производить расчет дорожной одежды.

Введение. Приведены сведения об авариях, произошедших на дорогах РФ, США, КНР, Кипра, Индии, из-за недостаточного сопротивления сдвигу слабых грунтов основания насыпи. Поэтому приобретает актуальность анализ методов расчета устойчивости слабых оснований дорожных насыпей.

Методы и материалы. Известные методы определения предельных нагрузок подразделяются на расчеты: по первой критической нагрузке, аналитические и численные решения теории предельного равновесия грунта и расчеты, выполняемые методом конечных элементов. Сделан анализ каждого метода. Особое внимание уделено решению Евгеньева – Казарновского. Это решение является общепринятым методом расчета слабого основания насыпей автомобильных дорог. Авторами показан вывод формул для расчета коэффициента стабильности слабого основания и безопасного давления. Отмечены до- стоинства и недостатки этого метода. Рассмотрена специфика метода конечных элементов, применяемого для расчета грунтовых оснований. Приведены недостатки программных комплексов PLAXIS и MIDAS, обнаруженные специалистами СГУПС (г. Новосибирск).

Результаты. Предложен расчет устойчивости основания насыпи по напряжению сдвига, представляющего собой эквивалентное напряжение критерия Мора – Кулона. Предлагаемый расчет является аналогом расчета по первой критической нагрузке.

Заключение. Полученные результаты позволяют выполнять расчет слабых оснований насыпей. Поставлены задачи для будущих исследований авторов.