Александров Анатолий Сергеевич – кандидат технических наук, доцент, кафедра «Строительство и эксплуатация дорог»
644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5
Anatoliy S. Aleksandrov – Candidate of Technichal Sciences, Associate Professor, Department of Road Construction and Operation
644080, Omsk, 5, Mira Ave.
Семенова Татьяна Викторовна –кандидат технических наук, доцент, кафедра «Строительство и эксплуатация дорог»
644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5
Tatiana V. Semenova – Candidate of Technichal Sciences, Associate Professor, Department of Road Construction and Operation
644080, Omsk, 5, Mira Ave.
Александрова Наталья Павловна –кандидат технических наук, доцент, кафедра «Строительство и эксплуатация дорог»
644080, г. Омск, пр. Мира, д. 5
Введение. Остаточные деформации, накапливаемые материалами конструктивных слоев дорожных одежд и грунтов земляного полотна, оказывают существенное влияние на ровность дорожных покрытий.
Материалы и методы. Выполнен анализ моделей расчета остаточных деформаций, накапливаемых зернистыми материалами при воздействии повторных нагрузок. Установлен наследственный характер накапливания деформации зернистыми материалами. Это позволило применить интегральное исчисление для аналитического решения задачи о зависимости остаточной деформации от числа повторных нагрузок, величины главных напряжений. Решение получено в виде логарифмических и степенных функций, связывающих накапливаемую деформацию с деформацией, возникающей от первого приложения нагрузки с числом приложений нагрузок. При определении деформации от первого приложения нагрузки авторами приняты во внимание модель теории пластичности, в которой упругопластическая деформация определяется суммой двух составляющих упругой и пластической, а так же реологические модели, рассматривающие деформацию как сумму трех или четырех составляющих. Обобщая модель на различные материалы, предпочтение отдано модели, в которой упругопластическая деформация определяется четырьмя составляющими: мгновенными упругими и остаточными деформациями, эластической (упруго-вязкой) деформацией и вязкопластической составляющей. Поэтому остаточная деформация от первого приложения нагрузки представлена суммой двух составляющих мгновенной необратимой и вязкопластической. Вязкопластическая составляющая деформации является следствием релаксации напряжения за сравнительно короткий промежуток времени равный продолжительности воздействия нагрузки. В дальнейшем это позволит учитывать влияние скорости движения на продолжительность действия нагрузки и величину вязкопластической составляющей остаточной деформации. Авторы подчеркнут, что учет вязкопластической составляющей остаточной деформации наиболее целесообразен при вычислении остаточных деформаций грунтов и материалов обработанных органическим вяжущим. Зернистые материалы менее чувствительны к вязкопластической деформации при однократном приложении нагрузки, но, как показывают данные экспериментов, при превышении напряжением предела упругой, и тем более пластической приспособляемости щебня, гравия и т.п. вязкопластическая деформация вносит существенный вклад в накопленную остаточную деформацию.
Результаты. Выполнен анализ экспериментальных данных по трехосному сжатию различных зернистых материалов и определены параметры, полученных степенных и логарифмических функций. В число исследованных материалов входят: гранитный, гнейсовый, гранодиоритовый и диоритовый щебень, песчано-гравийные и щебеночно-гравийные смеси с минеральной частью из различных горных пород, укрепленные пески.
Materials and methods. The authors performed the analysis of the models for calculating residual deformations accumulated by granular materials and under the influence of repeated loads. The research showed the hereditary nature of the strain granular materials’ accumulation. Therefore, the authors used integral calculus for analytical solution of the residual deformation’s dependence on the number of repeated loads and on the magnitude of the main stresses. Moreover, the authors obtained the solution in the form of logarithmic and power functions, which associated the accumulated deformation with the deformation arising from the first load application. In determining the deformation from the first load application, the authors took into account the model of the theory of plasticity, in which the elastoplastic deformation was determined by the sum of two components elastic and plastic, as well as rheological models considering the deformation as the sum of three or four components. Generalizing the model for various materials, the authors gave the preference to the model, in which the elastoplastic deformation was determined by four components: instantaneous elastic and residual deformations, elastic (elastic-viscous) deformation and a viscoplastic component. Therefore, the residual strain from the first load application was represented by the sum of the two components, instantaneous irreversible and viscoplastic. The viscoplastic component of the deformation was a result of stress relaxation in a relatively short period of time equal to the duration of the load impact. Such research allowed taking into account the effect of speed on the duration of the load and the magnitude of the viscoplastic component of the residual deformation. The authors emphasized that taking into account the viscous-plastic component of residual deformation was most appropriate when calculating residual deformations of soils and materials treated with an organic binder. Granular materials were less sensitive to viscoplastic deformation under a single load application, but, when the voltage exceeded the elastic limit, and the more plastic adaptability of crushed stone, gravel, etc. viscoplastic deformation made a significant contribution to the accumulated residual deformation.
Results. As a result, the authors carried out the analysis of experimental data on the triaxial compression of various granular materials and determined the parameters obtained for the power and logarithmic functions. The authors studied such materials as granite, gneissic, granodiorite and diorite crushed stone, sand, gravel and crushed stone, gravel mixtures with a mineral part from various rocks and fortified sands.
Discussion and conclusions. The paper demonstrates the possibility of using the solutions for calculation of the surface displacement of the pavement layers of granular materials. The authors formulate the tasks for further research.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.