Расчетная влажность и полная влагоемкость грунтов земляного полотна автомобильных дорог

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 .

1. Churilin V.S., Matvienko O.V., Efimenko V.N., Efimenko S.V. Regression models of irregular vertical displacement of a roadway cross section caused by frost heaving. Magazine of Civil Engineering. 2023. 120 (4). Article no. 12009. DOI: 10.34910/MCE.120.9.

2. Чурилин В.С., Ефименко С.В., Ефименко В.Н., Сухоруков А.В., Дроздов Ю.В. Стандартизация расчётных характеристик глинистых грунтов Томской области для обеспечения качества проектирования автомобильных дорог // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. № 22(6). С.177–187. https://doi.org/10.31675/1607-1859-2020-22-6-177-187.

3. Матвиенко О.В., Базуев В.П., Чурилин В.С. Моделирование напряжений и деформаций дорожных покрытий // Дороги и мосты. 2016. Т 36, № 2. С. 139–153.

4. Churilin, V., Efimenko S., Matvienko O., Bazuev V. Simulation of stresses in asphaltconcrete pavement with frost heaving // Matec web of conferences. 2018. Vol. 216. 01011 DOI:10.1051/matecconf/201821601011.

5. Ефименко В.Н., Ефименко С.В., Каримов Э.М., Мамажакыпова Г.Т. Прикладное значение спутниковой модели TMPA при установлении нормы годового количества атмосферных осадков по дорожно-климатическим зонам на территории Юго-Западного Кыргызстана // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2021. Т. 23, № 4. С. 147–158. DOI: 10.31675/1607-1859-2021-23-4-147-158.

6. Ефименко В.Н., Ефименко С.В., Баширова И.А. Особенности формирования информационного банка данных для уточнения границ дорожно-климатических подзон на территории ЯНАО // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2022. Т. 24, № 6. С. 150−159. DOI: 10.31675/1607-1859-2022-24-6-150-159.

7. Афиногенов О.П., Шаламанов В.А., Серякова А.А. Обеспечение качества земляного полотна автомобильных дорог на основе принципов регионального районирования // Вестник Кузбасского государственного технического университета. 2014. Вып. 103. № 4. С. 106–110.

8. Конорев А.С., Мирончук С.А., Думенко В.А., Александрова А.И. Прогнозирование периода весеннего оттаивания грунта земляного полотна автомобильных дорог // Дороги и Мосты. 2022. Вып. 48. № 2. С. 43–58.

9. Еремин Р.А., Пудова Н.Г., Романов Д.Б. Пространственный анализ георадарных данных // Дороги и Мосты. 2023. Вып. 49. № 1. С. 145–157.

10. Еремин Р.А., Кулижников А.М. Опыт комплексных обследований дорожных одежд георадарами и установками ударного нагружения // Дороги и Мосты. 2021. Вып. 46. № 2. С. 100–124.

11. Кулижников А.М., Еремин Р.А., Пудова Н.Г., Зверев Е.О. Методические подходы к обнаружению ослабленных зон в дорожной одежде по динамическим и кинематическим признакам // Дороги и Мосты. 2022. Вып. 48. № 2. С. 82–97.

12. Киялбаев А.К., Алимгазин Б.Т., Абдыгаппаров К. Примеры определения расчётной влажности грунта в теле земляного полотна в условиях засушливого климата // Вестник Кыргызского государственного университета строительства, транспорта и архитектуры им. Н. Исанова. 2016. Вып. 52. № 2. С. 31–38.

13. Киялбаев А.К., Сагыбекова А.О., Юн Д.С. О расчётной влажности грунта в рабочем слое земляного полотна: примеры расчета // Достижения науки и образования. 2018. Вып. 28. № 6. С. 8–11.

14. Craig R.F. Soil Mechanics. Seventh edition // Department of Civil Engineering, University of Dundee, UK. Published by Taylor & Francis e-Library, London and New York. 2004. 447 p.

15. Das B.M. Advanced soil mechanics // Third Edition. New York, Taylor & Francis. 2008. 567 p.

16. Алексиков И.С., Курдюкова Л.Е., Алексиков С.В. Прогнозирование физико-механических свойств грунтов земляного полотна // Вестник ВолГАСУ. Серия: Строительство и архитектура. 2008. Вып. 12. С. 51–53.

17. Горячев М.Г. Оценка ожидаемых значений модулей упругости глинистых грунтов при строительстве земляного полотна автомобильных дорог // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2020. № 2 (24). С.1–14.

18. Каленова Е.В., Горячев М.Г., Лугов С.В., Яркин С.В. Обеспечение требуемой прочности рабочей зоны земляного полотна при проектировании и строительстве дорожных одежд // Наука и техника в дорожной отрасли. 2021. № 2(96). С. 13–15.

19. Ушаков В.В., Горячев М.Г., Кудрявцев А.Н. Учет природно-климатических условий эксплуатации автомобильных дорог для проектирования дорожных одежд // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2022. № 3(70). С. 68–73.

20. Александров А.С., Семенова Т.В. Совершенствование критерия Мора – Кулона для расчета дорожных одежд дорог с низкой интенсивностью движения // Вестник СибАДИ. 2024. № 21(5). С. 756–769.https://doi.org/10.26518/2071-7296-2024-21-5-756-769.

21. Александров А.С. Трехпараметрический критерий Мора – Кулона с эффектом Баушингера для расчета дорожных одежд // Строительная механика и конструкции. 2023. № 4 (39). С. 85–101. DOI: 10.36622/VSTU.2023.39.4.009.