Даны указания по моделированию процесса уплотнения грунта. Представлена реологическая модель уплотнения грунта. Представлены дифференциальные уравнения описывающие процесс уплотнения грунта.

Ключевые слова: уплотнения грунта, реологическая модель, дифференциальные уравнения.

Уплотнение грунта, щебня в дорожном строительстве является не только составной частью процесса устройства земляного полотна, основания и покрытия, но и служит главной операцией по обеспечению их долговечности, прочности, устойчивости. Уплотнение методом укатки осуществляется пневматическими катками и происходит под воздействием двух факторов:

– вибраций (колебания), вызывающих снижение сил внутреннего трения или разрушение и уменьшающего сцепления между частицами щебеночно-песчаной смеси что создает благоприятные условия для эффективного уплотнения и более плотной переупаковки этих частиц под воздействием собственного веса и внешних сил;

– динамических сжимающих и сдвигающих усилий и напряжений, создаваемых в дорожном основании кратковременными, частоударными нагружениями.

В уплотнении щебеночно-песчаной смеси основная роль принадлежит вибрации. Изменение динамических усилий сжимающих и сдвигающих и напряжений служит лишь положительным дополнением к нему. Сцепления между мелкими частицами в связных грунтах намного выше и считаются преобладающими, вследствие этого главным действующим фактором служит напряжения сжатия и сдвига или сила давления, а роль вибраций становится второстепенной.

Динамическая модель процесса уплотнения щебеночно-песчаной методом укатки приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Реологическая модель процесса уплотнения щебеночно-песчаной смеси

где — вязкость смеси (по Кельвину); — вязкость смеси (по Максвеллу); — модуль деформации (по Кельвину); — модуль деформации (по Максвеллу).

Уплотняющее давление определяется суммой напряжений в вязких элементах в моделях Фойгта-Кельвина и Максвелла

В результате деформирования уплотняющими нагрузками создается напряженное состояние щебеночно-песчаной смеси. Циклом уплотнения являются два периода: периода деформирования (нагружения) и снятия нагрузки. Его продолжительность колеблется в широких пределах от 0,5 с. до 20с. При достижении критического значения деформации происходит резкое уплотнение материала. При увеличении напряжения материал теряет способность деформироваться.

Поведение реологической модели процесса уплотнения щебеночно-песчаной смеси изображенной на рисунке 1 описывается дифференциальными уравнениями

где — вязкость смеси (по Кельвину);

— вязкость смеси (по Максвеллу);

— сопротивление сдвигу смеси;

— угол внутреннего трения материала;

, — напряжение смеси;

— время;

— модуль деформации (по Кельвину);

— модуль деформации (по Максвеллу);

— деформация смеси.

Непосредственный анализ системы представляет определенную сложность. В связи с этим решение дифференциальных уравнений можно реализовать при известных параметрах , , , программой MATLAB SIMULINK и построить временные графические зависимости.

Литература:

1. ГОСТ Р 56708–2015 Георешетка полимерная гексагональная. Технические условия. — Введ. 13.11.2015 — Москва: ФГУП «Стандартинфром», 2015. — 18 с.