Сравнительный анализ методов вычисления штамповых модулей деформации грунтов

Введение. Целью статьи является сравнительный анализ методов вычисления штамповых модулей деформации грунтов, регламентируемых различными стандартами РФ.
Материалы и методы. Экспериментальное определение модулей деформации грунта земляного полотна выполнено при помощи штамповых испытаний, которые произведены в грунтовом лотке путем нагрузки и разгрузки грунтового основания, уплотненного до требуемого коэффициента уплотнения 0,98. Нагрузка прикладывалась ступенями, а осадка штампа измерялась по завершению стабилизации деформации от каждой ступени. Критерием стабилизации деформации являлось снижение скорости деформации до 0,02 мм/мин и время приложения нагрузки, которое должно составлять не менее 120 с. После измерения упругопластических осадок грунта выполнена разгрузка модели. Разгрузка тоже произведена ступенями. В результате построены зависимости упругопластической и упругой осадки грунтовой модели земляного полотна от давления в виде петель гистерезиса.
Результаты. Расчеты значений модуля деформации грунта выполнены по различным методикам, регламентируемым стандартами Российской Федерации. Результаты расчета сгруппированы в выборки данных, которые обработаны методами математической статистики. При обработке данных каждая выборка проверена на наличие грубых ошибок. Выборки данных проверены на принадлежность одной генеральной совокупности. Для проверки принадлежности трех выборок к одной генеральной совокупности применен критерий Kruskal W.H. и Wallis W.A. На основании этого сравнения получены данные о значимости различий в выборках.
Обсуждение и заключение. Для определения модуля деформации грунта земляного полотна рекомендован способ вычисления модуля деформации по методике, предполагающей нелинейную зависимость деформаций от давлений, описываемую полиномом второй степени.

1. Лунёв А. А., Сиротюк В. В., Барац Н. И. Экспериментальные исследования прочностных характеристик золошлаковой смеси // Вестник СибАДИ. 2016. № 6 (52). С. 72–79.

2. Лунёв А. А., Иванов Е. В. Результаты исследований деформационных характеристик золошлаковых смесей // Вестник СибАДИ. 2017.№ 1 (53). С. 103–110.

3. Лунёв А. А., Сиротюк В. В. Сопоставление деформационных параметров золошлаковой смеси, полученных в лабораторных и натурных условиях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 2(21). С. 215–227.

4. Лыткин А. А., Старков Г. Б., Вагнер Е. Я. Исследование эффективности использования белитового шлама для устройства монолитных слоев дорожных одежд методом холодного ресайклинга // Вестник СибАДИ. 2020. № 6, Т.17. С. 764–776.

5. Лыткин А. А. Влияние повторного уплотнения и транспортных нагрузок на характер твердения белитового шлама в слоях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2017. № 3(55). С. 125–132.

6. Lytkin, A.A.: Study of the Transport Loads Influence on the Nature of Belite Sludge Hardening in Pavement. Materials Science Forum 992, 79–85 (2020).

7. Пролыгин А. С., Долгих Г. В., Калинин А. Л., Александрова Н. П. Влияние влажности грунта на деформационные свойства грунтощебеночных образцов при сжатии // Вестник СибАДИ. 2021. № 18(5). С. 614–632. https://doi.org/10.26518/20717296-2021-18-5-614-632.

8. Пролыгин А. С., Александров А. С., Долгих Г. В., Чусов В. В. Влияние содержания щебня на модуль деформации грунтощебеночного слоя // Вестник СибАДИ. 2021. № 18(6). С.772–789. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-772-789

9. Матвеев С. А., Немировский Ю. В. Свойства упругого слоя основания, армированного объёмной георешеткой // Наука и техника в дорожной отрасли. 2005. № 2(33). С. 24–28.

10. Матвеев С. А., Литвинов Н. Н. Определение деформационных характеристик щебеночно-песчаного основания, армированного стальной геосеткой // Вестник СибАДИ. 2013. № 4(32). С. 57–61.

11. Матвеев С. А., Мартынов Е. А., Литвинов Н. Н. Экспериментально-теоретические исследования армированного основания дорожной одежды // Вестник СибАДИ. 2015. № 44(4). С. 80–86.

12. Matveev, S.A., et al: The geogrid-reinforced gravel base pavement model. Magazine of Civil Engineering 94(2), 21–30 (2020).

13. Matveev, S.A., Martynov, E.A., Litvinov, N.N.: Determine the reinforcement effect of gravel layer on a sandy foundation. Applied Mechanics and Materials 662,164-167 (2014).

14. Matveev, S.A., Martynov, E.A., Litvinov, N.N.: Effect of Reinforcing the Base of Pavement with Steel Geogrid Applied Mechanics and Materials 587-589, 1137-1140 (2014).

15. Chusov, V.V., Aleksandrova, N.P., Ignatov, V.F.: Calculation of road clothes by elastic deflection criteria taking into account damage to asphalt concrete. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 687(2), 1-7 (2019).

16. Hirakawa, D., et al.: Relationship between sand ground stiffness values from FWD and from plate loading tests. Japanese Geotechnical Journal 3(4), 307-320 (2008) (in Japanese).

17. Kongkitkul, W., et al.: Evaluation of static-equivalent stiffness by a simple falling weight deflectometer. ATRANS Research 2(1), 1-14 (2010).

18. Aleksandrov, A.S., Semenova, T.V., Aleksandrova, N.P.: Calculation of Residual Deformations of Granulated Materials from Exposure to Repeated Loads. Materials Science Forum 992, 828–835 (2020).

19. Churilin, V., Efimenko, S., Matvienko, O., et al.: Simulation of stresses in asphalt-concrete pavement with frost heaving. In: MATEC Web of Conferences 216, 1–9 (2018).

20. Chen, Y., Chen, X., Bu, J.: Nonlinear damage accumulation of concrete subjected to variable amplitude fatigue loading. Bulletin of the Polish Academy of Sciences: Technical Sciences 66(2), 157-163 (2018).

21. Xu, X., New Damage Evolution Law for Steel-Asphalt Concrete Composite Pavement Considering Wheel Load and Temperature Variation. Materials 12, 3723 (2019).

22. Aleksandrov, A., et al.: Ways of application of the provisions of mechanics of bodies with cracks to the calculation of asphalt concrete on strength and plasticity. In: MATEC Web of Conferences 239, 1–8 (2018).

23. Aleksandrova, N., Chusov, V., Stolbov, Y.: Damage accumulation in asphalt concrete under compression. Advances in Intelligent Systems and Computing 982, 908-918 (2020).

24. Rodezno, M.C., Kaloush, K.: Implementation of asphalt-rubber mixes into the mechanistic empirical pavement design guide. Road Materials and Pavement Design 12(2), 423–439 (2011).

25. Li, Q., et al.: Mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG): a bird’s-eye view. Journal of Modern Transportation 19(2), 114–133 (2011).

26. Gercog, V.N., Dolgikh, G.V., Kuzin, N.V.: Calculation criteria for road pavement evenness. Part 1. Substantiating the flatness standards of asphalt pavement. Magazine of Civil Engineering 5(57), 45–57 (2015).

27. Salour, F., Erlingsson, S. Characterisation of Permanent Deformation of Silty Sand Subgrades from Multistage RLT Tests. In: 3rd International Conference on Transportation Geotechnics (ICTG 2016), Procedia Engineering 143, 300–307 (2016).

28. Salour, F., Erlingsson, S.: Permanent deformation characteristics of silty sand subgrades from multistage RLT tests. International Journal of Pavement Engineering 18(3), 236-246 (2017).

29. Rahman, M.S., Erlingsson, S.: Predicting permanent deformation behaviour of unbound granular materials. International Journal of Pavement Engineering 16(7), 587–601 (2015).

30. Chen, X., Chen, L., Zhang, J.: Permanent Deformation Behavior of Coarse-Grained Residual Subsoil Under Large Amplitude Loading Cycles. In: Tutumluer E., Chen X., Xiao Y. (eds) Advances in Environmental Vibration and Transportation Geodynamics. Lecture Notes in Civil Engineering, vol 66. Springer, Singapore (2020).

31. Aleksandrov, A., et al.: The application of the principles of the theory of shakedown to the calculation of pavement layers of granular materials in shear. In: MATEC Web of Conferences 239, 1–8 (2018).

32. Zheng Su, et al.: Characterization of the Undrained Shear Strength of Expansive Soils of High Water Content. In: MATEC Web of Conferences 206, 1–5 (2018).

33. Madjadoumbaye, J., Camela, W.R.: Reinforcement of Flexible Pavements by the Use of Geogrid: Case of the Road Mbalmayo - Ebolowa. Civil Engineering Research Journal 8(5), 134-138 (2019).

34. Adams, C.A., Amofa, N.Y., Opoku- Boahen R.: Effect of Geogrid Reinforced Subgrade on Layer Thickness Design of Low Volume Bituminous Sealed Road Pavements. International Refereed Journal of Engineering and Science (IRJES) 3(7), 59-67(2014).

35. Murad Al Qurishee.: Application of Geosynthetics in Pavement Design. International Research Journal of Engineering and Technology (IRJET) 4(7), 1-7 (2017).

36. Gyulzadyan, H., Voskanyan, G., TerSimonyan, V.: Exploration Results of Applying Limestone Powder in Crushed-Stone-Sand Mixtures for Road Pavement Layers. Advanced Materials Research 1020, 31–36 (2014).

37. Naeini, S.A, Naderinia, B., Izadi, E.: Unconfined compressive strength of clayey soils stabilized with waterborne polymer KSCE Journal of Civil Engineering 16(6), 943–949 (2012).

38. Ismaiel, H.A.H.: Cement Kiln Dust Chemical Stabilization of Expansive Soil Exposed at El-Kawther Quarter, Sohag Region, Egypt. International Journal of Geosciences 4, 1416-1424 (2013).

39. Thomas, A., Tripathi, R.K., Yadu, L.K.: A Laboratory Investigation of Soil Stabilization Using Enzyme and Alkali-Activated Ground Granulated Blast-Furnace Slag. Arabian Journal of Geosciences 43, 5193–5202 (2018).

40. Ilina, O.N., Ilin, I.B.: Road organo-mineral mixtures based on oil sludge. Magazine of Civil Engineering 92(8), 115–126 (2019).

41. Dolinsky, Y.A.,, Starkov, G.B.,, Matveev, S.A. Experience in Repairing Highways Using Cold Regeneration Technology in the Altai Republic. In: International science and technology conference FarEastCon-2019, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 753, pp. 1-5. IOP Publishing Ltd (2020).

42. Satyanarayana Reddy C.N.V., Prasad, A.C.S.V.: Performance Studies on Cement Stabilized Gravelly Soil Exposed to Sulfate Environment. Indian Geotechnical Journal 45(2), 217–224 (2014).

43. Rudgalskiy, D., et al:: Strength indices of sand reinforced by foamed bitumen. In: International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies EMMFT 2019, Journal of Physics: Conference Series, vol. 1614, pp. 1-9. IOP Publishing Ltd (2020).

44. Vdovin, E.A., Stroganov, V.F.: Properties of cement-bound mixes depending on technological factors. Magazine of Civil Engineering 93(1), Pp. 147-155 (2020).

45. Steven, B.D. The development and verification of a pavement response and performance model for unbound granular pavements. PhD thesis, in the University of Canterbury. – 2005. – p. 291.

46. Gonzalez, A. An experimental study of the deformational and performance characteristics of foamed bitumen stabilised pavements. PhD thesis, in the University of Canterbury, 2009. 392 p.

47. Пролыгин А. С., Долгих Г. В., Александров А. С. Анализ результатов трехосных испытаний связных грунтов Омской области // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 6 (89). С. 140–150.

48. Kruskal, W.H., Wallis W.A.: Use of ranks in one-criterion variance analysis. Journal of the American Statistical Association 47(260), 583–621 (1952)

49. Wilcoxon, F.: Individual Comparisons by Ranking Methods. Biometrics Bulletin 1(6), 80-83 (1945)