Александров Анатолий Сергеевич – канд. техн. наук, доц. кафедры «Строительство и эксплуатация дорог»
г. Омск
Aleksandrov A.S. – PhD, Ass. Professor, Department of Road Construction and Operation
Omsk
Введение. Проверка грунтов земляного полотна и слоев дорожной одежды из слабосвязных1 материалов по сопротивлению сдвигу является одним из трех обязательных условий расчета дорожных одежд по критериям прочности. Методика проверки грунтов земляного полотна и песчаных слоев дорожной одежды постоянно модифицируется, из-за чего в каждой новой версии нормативного документа появляются изменения, касающиеся определенных деталей расчета. Цель настоящей работы состоит в анализе, подчеркивающем достоинства классического решения А.М. Кривисского и раскрывающем суть ошибок, допущенных в последующих модификациях этого расчета.Материалы и методы. Анализ решений выполнен с позиций соответствия основам механики. При этом показано, что расчет полного напряжения сдвига в классическом решении А.М. Кривисского выполняется в соответствии с принципом суперпозиции силы, состоящем в расчете компонент тензора напряжений от каждой силы (временной нагрузки и собственного веса материалов слоев) отдельно с последующим суммированием соответствующих составляющих. При этом активные напряжения сдвига от временной нагрузки и собственного веса материалов рассчитываются как эквивалентное напряжение критерия Мора – Кулона. Вычисление этих обеих составляющих полного напряжения сдвига выполняется при одном и том же значении угла внутреннего трения. Извесно, что для критерия Мора – Кулона угол наклона площадки скольжения к главным осям определяется суммой или разностью 45 градусов и половины угла внутреннего трения. Значит, касательное и нормальное напряжения, являющиеся составляющими активного напряжения сдвига как от временной нагрузки, так и собственного веса материалов, определены для одной и той же площадки сдвига, повернутой к главным осям под одним и тем же углом. В действующих нормативных расчетах активные напряжения сдвига от временной нагрузки и собственного веса материалов определены при разных углах внутреннего трения. Значит, активные напряжения сдвига от временной нагрузки и собственного веса материалов действуют на двух разных площадках сдвига, повернутых к главным осям под разными углами. Такие напряжения нельзя суммировать или сравнивать друг с другом. Помимо этой ошибки нормативных методов расчета приведены другие их недостатки.Результаты. В результате подробного анализа известных модификаций классического решения установлены очевидные противоречия принципам механики сплошной среды. В качестве альтернативы современным критериям расчета по сопротивлению сдвигу предложен трехпараметрический критерий пластичности грунта, в котором напряжение сдвига превышает эквивалентное напряжение в критерии Мора – Кулона. Показан принцип вывода из рассматриваемых критериев прочности формул для вычисления первой критической нагрузки и полного напряжения сдвига.Заключение. Сделаны выводы о необходимости возврата к классическому решению, полученному специалистами Ленинградской школы СССР, или разработки принципиально нового решения, базирующегося на новом условии пластичности, в котором полное напряжение сдвига превышает аналогичную характеристику напряженного состояния –оригинального критерия Мора – Кулона.
Introduction. Checking the soil of the subgrade and the layers of road pavement made of loosely cohesive materials by shear resistance is one of the three mandatory conditions for calculating road clothing according to strength criteria. The methodology for checking the soil of the subgrade and the sandy layers of the road pavement is constantly being modified, which is why changes concerning certain calculation details appear in each new version of the regulatory document. The purpose of this work is to analyze the advantages of the classical solution of A.M. Krivissky and to reveal the essence of the errors made in subsequent modifications of this calculation.Materials and methods. The analysis of solutions is carried out from the standpoint of compliance with the basics of mechanics. It is shown that the calculation of the total shear stress in the classical solution of A.M. Krivissky is performed in accordance with the principle of force superposition, which consists in calculating the components of the stress tensor from each force (time load and the own weight of the layer materials) separately, followed by summing the corresponding components. In this case, the active shear stresses from the temporary load and the own weight of the materials are calculated as the equivalent stress of the Mohr-Coulomb criterion. The calculation of these two components of the total shear stress is performed at the same value of the internal friction angle. Since the angle of inclination of the sliding surface to the main axes is determined by the sum or difference of 45 degrees and half of the internal friction angle, the tangential and normal stresses, which are components of the active shear stress, both from the temporary load and the own weight of the materials, are determined for the same shear surface rotated to the main axes at the same angle. In the current normative calculations, the active shear stresses from the temporary load and the own weight of the materials are determined at different angles of internal friction. This means that the active shear stresses from the temporary load and the own weight of the materials act on two different shear surface rotated to the main axes at different angles. Such stresses cannot be summed up or compared with each other. In addition to this error of the normative calculation methods, their other disadvantages are given.Results. As a result of a detailed analysis of the known modifications of the classical solution, obvious contradictions to the principles of continuum mechanics are established. As an alternative to modern calculation criteria for shear resistance, the article presents criteria for soil strength in which the shear stress exceeds the equivalent stress in the Mohr-Coulomb criterion. The principle of deducing formulas for calculating the first critical load and the total shear stress from the strength criteria under consideration is shown.Conclusion. Conclusions are drawn about the need to return to the classical solution obtained by specialists of the Leningrad School of the USSR, or to develop a fundamentally new solution based on a new plasticity condition in which the total shear stress exceeds the similar characteristic of the stress state of the original Mohr - Coulomb criterion.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.