CC BY
32
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
3. Миронов В.М., Косухин А.С. «Построение распределенной системы управления разнородным телекоммуникационным оборудованием на основе технологии Windows Communication Foundation», Системы управления и информационные технологии, 1.1(51), 2013. - С. 173-178.
© Миронов В.М., Косухин А.С., 2015
УДК 625.711.84+625.31
В.С. Морозов
д.т.н., профессор, САФУ, ИСиА г. Архангельск, Российская Федерация
РАСЧЕТ ОДНОСЛОЙНЫХ ЗИМНИХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ НА ПРОЧНОСТЬ
Аннотация
Рассмотрена методика расчета оснований временных однослойных зимних автомобильных дорог на переходах через болота. Рассмотрены математические модели и приведены результаты расчетов для одно- и двухслойных зимних дорог на болотах, которые хорошо согласуются с опытными данными. В работе впервые получены расчетные зависимости и рассмотрены результаты расчетов минимальной толщины мерзлого торфа в зависимости от нагрузки на дорогу, типа болота (коэффициент постели), ширины дороги и температуры.
Ключевые слова
Мерзлый торф, зимние автомобильные дороги, болота, расчет толщины, математическая модель.
Северные территории России и Западной Сибири богаты лесом, нефтью, газом и другими полезными ископаемыми. Однако эти территории имеют слаборазвитую транспортную инфраструктуру, что затрудняет освоение лесопокрытых площадей и месторождений полезных ископаемых.
Проезжую часть зимних автомобильных дорог прокладывают на основании из минерального грунта и на болотах. Примерно до 70 % сезонных зимних дорог в Западной Сибири и до 55 % - на Европейском Севере России проходит по болотам, заболоченным и обводненным территориям. Устройство таких дорог требует применения специальных методов их расчета на прочность [1,2], конструирования и технологии строительства [3,4].
Существующие методы расчета зимних дорог на прочность [5] рассматривают слой мерзлого торфа как некоторую плиту, лежащую на линейно-дефор-мируемом основании из талого торфа. Эта плита характеризуется своими физико-механическими свойствами (прочность, модуль упругости и др.), а основание - коэффициентом постели.
В зависимости от типа болот для их транспортного освоения применяют однослойные, двухслойные, трехслойные и многослойные дорожные одежды. Условные схемы их поперечных сечений приведены на рисунке.
Схематичные поперечные профили зимних дорог на болотах: а — однослойная дорога; б — двухслойная дорога; в — трехслойная дорога; 1 — мерзлый минеральный грунт (снеголед); 2 — продольный (поперечный) настил; 4 — мерзлый торф; 5 — основание дорожной одежды; 0-0 — нейтральная плоскость, делящая слой мерзлого торфа на зону растяжения (4') и зону сжатия (4").
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
В настоящей статье изложена методика и некоторые результаты расчета наиболее распространенных однослойных зимних автомобильных дорог на болотах, условная схема которых показана на рис. а.
Основные расчетные зависимости приведены в работе [2]. Они имеют следующий вид:
S для определения положения нейтральной плоскости через безразмерный коэффициент v = zi/H
v = (1)
yj E10(3-v)' v 7
где Ею, Е20 - модули упругости мерзлого торфа на сжатие и растяжение (зависят от температуры на поверхности проезжей части), МПа.
Уравнение (1) является нелинейным и его решают методом итераций.
S для определения эквивалентного модуля упругости (ЕЖв, МПа) равнопрочного прямоугольного сечения толщиной Н, см и шириной В, см
Еэкв = Exov3 (4- v) + Е20 (1 - V)4 (2)
S для определения минимальной толщины дорожной одежды Нтгн,см, обеспечивающей движение на автодороге заданной автомобильной нагрузки
_ /0,075(l-^Xl-v2>g2Q-p\0,8 nmin = ( _____ч \ 0,25 ) , (3)
с20 '
В^(о,3а^Я|кв)и
где ц - коэффициент Пуассона (для мерзлого торфа ц = 0,36 ... 0,40); Я - предел прочности мерзлого торфа на растяжение (Я = 1,9 ... 2,5 МПа); а - коэффициент поперечного изгиба (величина безразмерная); Р - расчетное значение вертикальной нагрузки под автопоездом заданной грузоподъемности, кН;
0,075 и 0,3 - коэффициенты, выравнивающие размерности расчетных величин в левой и правой части уравнения (3); ^ для определения значения Р используют зависимость
Р = ЕГ=хРг^, (4)
где Рг - нагрузка на мосты автопоезда, Н; г]1 = е-к^(зтк?;1 + созк^); п — число мостов автопоезда;
^ — расстояния от отдельных мостов автопоезда до расчетного, см; к — коэффициент относительной жесткости основания дорожной одежды
к = 4р^, (5)
^Яэкв-Н3' ** '
^ для определения коэффициента а, учитывающего поперечный изгиб дорожной одежды, используем методику расчета прогибов балки длиной В и шириной S, лежащей на линейно-деформируемом основании. Согласно [4] имеем
^оП+^к^Х,, (6)
где у0, у0 — прогиб и угол поворота левого конца балки; У\, У2, У4 — фундаментальные функции; J — момент инерции поперечного сечения балки.
Имея уравнение (6), можно найти значения коэффициента а по формуле
а = Уурр, (7)
Ур
где уср - средняя осадка балки; Ур - осадка балки под силой Р.
Система уравнений (1) ... (7) позволяет полностью решить задачу по расчету прочности однослойной автомобильной дороги на болоте, то есть найти значения Нтгп, (формула (3)) обеспечивающие движение заданной автомобильной нагрузки. Результаты расчета для движения по дороге лесовозного автопоезда приведены в табл. 1.
Данные этой таблицы показывают следующее:
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
• наименьшее значение толщины Hmin имеют дороги на болотах I типа, наибольшее - на болотах III типа;
• с увеличением отрицательной температуры воздуха значение Hmin уменьшается, то есть проезжая часть становится прочнее. Однако, в диапазоне температур от -1ОС до -5 ОС значения Hmin изменяются незначительно;
• ширина проезжей части В существенно влияет на прочность проезжей части дороги. Во всех вариантах расчета для В = 300 см и В = 900 см величина Hmin уменьшается примерно в два раза. Таким образом, оптимальное значение ширины проезжей части В составляет 600 ... 700 см
Обрабатывая полученные массивы значений Нр при разных значениях С, © и В по методу многовариантного корреляционного анализа, получим уравнение множественной регрессии. Для однослойной автомобильной дороги оно имеет вид:
Таблица 1
Расчетные значения минимальных толщин мерзлого торфа
Тип Исходные величины Расчетные величины
болота W, C, Е10, Е20, В, а V Еэкв, Hmin, нр, см
% H/см3 ОС МПа МПа см МПа см
900 0,138 17,43 17
-1 95 1300 700 0,173 0,601 103,1 20,37 20
500 0,243 24,91 24
300 0,380 34,28 35
900 0,135 17,32 16
I 600 5 -5 110 1600 700 0,208 0,607 121,6 20,22 18
500 0,294 24,69 23
300 0,446 34,18 33
900 0,175 15,15 14
-10 118 1600 700 0,221 0,600 127,6 17,68 16
500 0,313 21,58 20
300 0,470 29,94 30
900 0,154 26,10 26
-1 398 1300 700 0,193 0,455 247,6 30,51 30
500 0,274 37,23 37
300 0,418 51,48 54
900 0,189 25,61 24
II 1000 3 -5 438 1600 700 0,236 0,467 286,7 29,95 28
500 0,334 36,57 35
300 0,449 51,87 51
900 0,199 22,24 22
-10 457 1600 700 0,251 0,463 293,5 25,96 26
500 0,356 31,68 32
300 0,526 44,09 47
900 0,200 36,37 27
-1 970 1300 700 0,253 0,363 382,8 42,43 42
500 0,361 51,72 52
300 0,530 72,08 75
900 0,224 35,58 35
III 1400 1 -5 1020 1600 700 0,310 0,479 439,0 41,47 40
500 0,436 50,70 50
300 0,625 70,99 72
900 0,259 30,76 32
-10 1055 1600 700 0,330 0,375 445,8 35,83 37
500 0,462 43,84 46
300 0,645 61,72 67
* - выполнено округление до целых значений.
НР = у[5,875 + 0,0452Р - 1,119С + 0,1690 + +1 (6040,8 + 46,772Р - 1084,3С + 139,50)], (8)
В
где Нр - расчетная толщина слоя мерзлого торфа, см;
у - поправочный коэффициент (для болота I типа у = 1; II типа - у = 1,2; III типа - у = 1,4); Р - внешняя нагрузка на поверхность дороги, кН; С - коэффициент постели основания из талого торфа, Н/см3 (для болот
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
I типа С = 5 Н/см3, II типа - С = 3 Н/см3, III типа - С = 1 Н/см3;
© - отрицательная температура воздуха на поверхности проезжей части, °С;
В — ширина проезжей части дороги, см;
R — коэффициент корреляции R = 0,982.
Для оценки достоверности предлагаемой методики расчета необходимо сравнить расчетные данные с экспериментальными, которых не очень много.
В работе [3] приведены результаты наблюдений за перемещением по зимним дорожным трассам на болотах бурового оборудования типа вышечных, насосных и силовых блоков, установленных (в основном) на лыжах.
По результатам этих наблюдений там сделаны следующие заключения:
S на болотах I типа прочность проезжей части обеспечивается при толщине слоя мерзлого торфа в 25 см и более. Для этих условий рекомендуемая толщина мерзлого слоя торфа составляет 34 ... 38 см с коэффициентом запаса 1,35.
S на болотах II типа прочность проезжей части обеспечивается при толщине слоя мерзлого торфа в 25 ... 50 см. Расчетная толщина Нр составляет 44 ... 50 см с коэффициентом запаса 1,1.
S на болотах III типа расчетная толщина слоя мерзлого торфа в рекоменда-циях работы [3] не приведена. Во всяком случае, в сопоставимых условиях она должна быть не менее 50 ... 55 см.
По данным табл. 1 имеем: на болотах I типа Нр = 15 ... 35 см; на болотах II типа — 21 ... 69 см; на болотах III типа — 26 ... 80 см.
Таблица 2
Расчетные и экспериментальные значения Нтт
Тип нагрузки Расчетны е значения силы Р, кН Расчетные и экспериментальные данные значений Нтт, см в зависимости от нагрузки Р и типа болот
Тип болота I Тип болота II
эксперим ентальны е расчетные эксперим ентальны е расчетные
ширина слоя мерзлого торфа толщина Нтт ширина слоя мерзлого торфа толщина Нтт
Гусеничные машины массой до 200 кН Автомобили с нагрузкой на колесо до 450 кН 90 7 12 300 23 8 15 300 28
500 17 500 18
700 13 700 15
900 11 900 13
Гусеничные машины массой до 200 кН Автомобили с нагрузкой на колесо до 450 кН 140 8 15 300 31 15 20 300 38
500 22 500 25
700 17 700 21
900 14 900 18
Примечание.
1. Экспериментальные значения получены для температуры мерзлого торфа в пределах -1 ... -10 ОС.
2. Для экспериментальных данных в числителе приведена толщина слоя мерзлого торфа, при которой от заданной нагрузки были проломы, в знаменателе — проломов не было.
3. Экспериментальные значения Нтп следует рассматривать как ориентировочные. Для практических условий их следует увеличить на 20 ... 30 %.
4. Расчетные значения приведены для четырех значений ширины дорожной одежды. Они совпадают с экспериментальными при ширине дороги 700 ... 900 см.
Таким образом, можно отметить, что расчетные и экспериментальные значения в одинаковых условиях вполне сопоставимы.
Сравнение расчетных и экспериментальных данных приведено нами так же в работе [6] и табл. 2. Они практически совпадают для В = 700 см.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯНАУКА» №11/2015 ISSN 2410-6070
Выводы. Таким образом, в результате проведенных теоретических и эксперимен-тальных исследований нами разработана аналитическая методика по расчету прочности автомобильных зимних дорог на болотах. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными. Приведенная в статье методика расчета является достаточно простой, научно обоснованной и допускает широкое применение ЭВМ. Она позволяет проанализировать влияние различных факторов на прочность зимних дорог на болотах, например, ширину дорожной одежды, что другими методиками расчета не учитывается.
Список использованной литературы
1. Каган Г. Л. Расчет несущей способности промороженного торфяного покрова //Нефтепромысловое строительство. - 1972, №7. - с.2 ... 11
2. Морозов ВС. Расчет и проектирование оснований зимних дорог на болотах: Учебное пособие. -Архангельск: РИО АГТУ, 1999. -236 с.
3. Строительство промысловых сооружений на мерзлом торфе / С. С. Вялов, Г. Л. Каган, А. Н. Воевода, В. И. Муравленко. - М.: Недра, 1980.-144 с.
4. Технологические карты и правила строительства и содержания зимних автомобильных лесовозных дорог с продленным сроком действия / ВС. Морозов, Ю.Г. Яковенко, В. П. Симаков. - Архангельск, СевНИИП, 1990. -125 с.
5. Уваров Б. В., Яковенко Ю. Г. Определение минимальной допустимой толщины промороженного слоя торфа на зимних лесовозных дорогах //Лесной журнал, 1983, №3. - с. 34 ... 38 (Изв. высш. учеб. заведений).
6. Морозов B.C. Рекомендации по применению сезонных зимних лесовозных дорог на болотах. -Архангельск: Изд-во АГТУ, 2000. -124 с.
© Морозов В.С., 2015
УДК 622.271
А.В. Немировский
Аспирант, Московский горный институт НИТУ МИСиС г. Москва, Российская Федерация
ВЛИЯНИЕ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА ПРОЦЕСС ПЫЛЕНИЯ ХВОСТОХРАНИЛИЩА
Аннотация
При разработке железорудных месторождений открытым и подземным способами обогатительный передел полезного ископаемого предусматривает формирование хранилищ пустой породы, которая вследствие мелкой дисперсности легко попадает в атмосферу и наносит вред окружающей среде, загрязняя прилегающие территории и сельскохозяйственные угодья, что в свою очередь представляет важную практическую задачу. В статье рассмотрено влияние ветровых нагрузок на процесс пыления хвостохранилища. Путем математических преобразований была выведена формула для расчета скорости восходящего потока воздуха, поднимающего частицу пыли с поверхности хвостохранилища в атмосферу. На основании этого построена зависимость, скорости взметывания частицы от его диаметра (при различных плотностях), что позволило определить один из управляемых факторов, позволяющих снизить пыление хвостохранилища, за счет рационального формирования уклона поверхности пляжей.
Ключевые слова Хвостохранилище, пыль, аэродинамическая сила, скорость потока
Интенсивность пыления участков хвостохранилища определяется ветровым режимом района, который формируется в зависимости от особенностей рельефа местности под влиянием циркуляционных процессов в атмосфере. Роза ветров в каждом регионе зависят от времени года и имеют различную интенсивность. Например,
