МЕТОД РАСЧЕТА ОСТАТОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ МАТЕРИАЛОВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ОСНОВАНИЯХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

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.

1. Nguyen T.D., Le L.X. (2016). Research of asphalt pavement rutting on national roads in Vietnam. Electronic resource: access mode [https://www.researchgate.net/publication/307373551]. Data 30.07.2019.

2. NRC CNRC. Rut Mitigation Techniques at Intersections. Road and Sidewalks, Federation of Canadian Municipalities and National Research Council, Canada. 48 p. (2003).

3. Larry Santucci. Rut resistant asphalt pavements. Electronic resource: access mode [https://ru.scribd.com/document/36152416]. Data 30.07.2019.

4. Dawson A., et al. Design of low-volume pavements against rutting – a simplified approach. Transportation Research Board Low Volume Roads Conference 2007.

5. Dawson A., Kolisoja, P., Vuorimies, N. Understanding Low-Volume Pavement Response to Heavy Traffic Loading. 2008. 46 p.

6. Brito L.A.T. Design methods for low volume roads. PhD Thesis. The University of Nottingham. Department of civil engineering. 2011. 223 p.

7. 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).

8. Martinez Díaz M., Pérez I. Mechanisticempirical pavement design guide: features and distinctive elements. Revista de la Construcción 14(1), 32–40 (2015).

9. Герцог В.Н., Долгих Г.В., Кузин В.Н. Расчет дорожных одежд по критериям ровности. Часть 1. Обоснование норм ровности асфальтобетонных покрытий // Инженерно-строительный журнал. 2015. №5 (57). С. 45-57.

10. Li Q., Xiao D.X., Wang K.C.P. et al. Mechanistic-empirical pavement design guide (MEPDG): a bird’s-eye view. Journal of Modern Transportation 19(2), 114–133 (2011).

11. Guo X., Timm D.H. Automating Mechanistic-Empirical Pavement Design Calibration Studies. The Roles of Accelerated Pavement Testing in Pavement Sustainability, 309–319 (2016).

12. AASHTO. (2008). Mechanistic-Empirical Pavement Design Guide, Interim Edition: A Manual of Practice. American Association of State Highway and Transportation Officials, Washington, D.C. 216 p.

13. Bowles J.E. Foundation analysis and design 5th edition. Singapore: The McGraw-Hill Companies, Inc., 1207 p. (1997).

14. Kezdi A., Rethati L. Soil Mechanics of Earthworks, Foundations and Highway Engineering, Handbook of Soil Mechanics, Elsevier, Volume 3. 361 p. (1988).

15. Pantelidis L. Determination of soil strength characteristics performing the plate bearing test. In processing 3rd International Conference „Modern Technologies in Highway Engineering” Poznań, 8–9 September, 497-506, 2005.

16. Hirakawa D. et al. Relationship between sand ground stiffness values from FWD and from plate loading tests, Japanese Geotechnical Journal , Vol. 3, No.4, 307-320 (2008) (in Japanese).

17. Bamrungwong C. et al. Development Of A Falling weight deflectometer (FWD) for evaluating the pavement conditions. ATRANS Research Report 2008. Bangkok, Thailand, 147 p. (2009).

18. Kongkitkul W. et al. Evaluation of staticequivalent stiffness by a simple falling weight deflectometer ATRANS Research Volume 2, Issue 1, 14 p. (2010).

19. Su. K., Sun L.J., Hachiya Y. Rut Prediction for Semi-rigid Asphalt Pavements. First International Symposium on Transportation and Development Innovative Best Practices. Beijing, 486-491 (2008).

20. Moghaddam T.B., Karim M.R., Abdelaziz M. A review on fatigue and rutting performance of asphalt mixes. Scientific Research and Essays 6(4), 670–682 (2011).

21. Alnedawi A., Nepal K.P., Al-Ameri R. Effect of vertical stress rest period on deformation behaviour of unbound granular materials: Experimental and numerical investigations. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2018.

22. Alnedawi A., Nepal K.P., Al-Ameri R. Permanent deformation prediction model of unbound granular materials for flexible pavement design. Transportation Infrastructure Geotechnology, 1–17 (2018).

23. Ling X.et. al. Permanent Deformation Characteristics of Coarse Grained Subgrade Soils under Train-Induced Repeated Load. Advances in Materials Science and Engineering, Volume 2017, Article ID 241479, 15 p.

24. Hornych P., A. El Abd, Selection and evaluation of models for prediction of permanent deformations of unbound granular materials in road pavements. Work Package, 5 (2004).

25. Margan N.A. et al. Deformational properties of unbound granular pavement materials. Processing 3rd International Conference on Road and Rail Infrastructure– Cetra. 649–656 (2014).

26. Niemunis A., Wichtmann T. Separation of time scale in the HCA model for sand. Acta Geophysica, 62(5), 1127-1145 (2014).

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

28. Salour F.,Erlingsson S. Characterisation of Permanent Deformation of Silty Sand Subgrades from Multistage RLT Tests. Procedia Engineering (143), 300–307 (2016).

29. Salour F., Erlingsson S. Permanent deformation characteristicsofsiltysandsubgrades from multistage RLT tests. International Journal of Pavement Engineering 18(3), 236–246 (2017).

30. Zainorabidin A., Agustina D.H. Effect of moisture content of cohesive subgrade soil. MATEC Web of Conferences (195), Article Number 03010, 1-7 (2018).

31. Jitsangiam P., et. al. A new mechanistic framework for evaluation of cyclic behaviour of unsaturated unbound granular materials. International Journal of GEOMATE 13(39), 111– 123 (2017).

32. Pratibha R., Sivakumar Babu, G.L., Madhavi Latha, G. Stress–Strain Response of Unbound Granular Materials Under Static and Cyclic Loading. Indian Geotech J. 45(4), 449–457 (2015).

33. Barksdale R.D. Laboratory Evaluation of Rutting in Base course Materials. Proceedings of the 3-rd International Conference on Asphalt Pavements. London, 161–174 (1972).

34. Werkmeister S. Permanent deformation behaviour of unbound granular materials in pavement constructions. Ph.D. thesis, University of Technology, Dresden, Germany. 2003, 189 p.

35. Austin A. Fundamental characterization of unbound base course materials under cyclic loading. MScE Thesis. Louisiana Tech. University, Louisiana, USA. 2009, 95 p.

36. Ashtiani R.S. Anisotropic characterization and performance prediction of chemically and hydraulically bounded pavement foundations. Ph.D. thesis, Texas A&M University, Texas, USA. 2009, 353 p.

37. Александров А.С. Пластическое деформирование гранодиоритового щебня и песчано-гравийной смеси при воздействии трехосной циклической нагрузки / А.С. Александров // Инженерно-строительный журнал. 2013. №4. С. 22 – 34.

38. Anochie-Boatehg J. Advanced testing and characterization of transportation soils and bituminous sands. Ph.D. Thesis, University of Illinois, Urbana, USA, 2007.

39. Boyce, J.R. The Behavior of a Granular Material under Repeated Load, Ph.D. Thesis, University of Nottingham, 1976.