CC BY
80
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Аналогично предыдущему был проведен анализ зависимости производительности труда работников, занятых на перевозках (тыс. привед. ткм) от объемных и качественных показателей эксплуатационной работы (погрузка грузов общая, грузооборот, среднесуточный пробег вагона грузового парка, простой грузового вагона под одной грузовой операцией, простой грузового вагона на одной технической станции, средний вес поезда брутто в грузовом движении, все виды тяги, среднесуточная производительность локомотива в грузовом движении) и финансово-экономических показателей (доходы от перевозок, расходы от перевозок, прибыль (убытки) от перевозок, себестоимость перевозок, среднесписочная численность работников, производительность труда работников, занятых на перевозках, среднемесячная заработная плата, дебиторская задолженность). Что интересно, после проведения анализа факторов на мульти-коллинеарность и анализа тесноты взаимосвязи факторов (х) с зависимой переменной (у -производительность) были получены две корреляционно-регрессионные модели для рассмотрения (с учетом корректировки одного из значений грузооборота упомянутого выше).
Ур =19,91 + 0,00256х1 + 0,0258х 2, где х 1 - среднемесячная заработная плата, х2 -грузооборот, или
Ур =-192,89 + 0,071х 1 + 0,021х 2, где х1 - средний вес поезда брутто в грузовом движении, х 2 - грузооборот.
Объясняется это тем, что парная корреляция между среднемесячной заработной пла-
той и средним весом поезда значительна. Все остальные показатели отброшены, так как либо имеют большую корреляцию с показателями - среднемесячная заработная плата, средний вес поезда брутто в грузовом движении, грузооборот, либо малую корреляцию с производительностью.
В заключении следует отметить, что применение методов корреляционно-регрессионного анализа позволяет построить модели зависимостей основных финансово-экономических показателей от главных факторов объемных, качественных и финансово-экономических показателей эксплуатационной работы. Проведенный анализ позволит уменьшить число основных показателей работы железных дорог, а полученные уравнения регрессии могут быть применены при прогнозировании и оптимизации показателей перевозочной работы.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Информационный справочник по основным показателям работы железных дорог (2002/2003г.г.). ЦНИИТЭИ МПС -М.:2004. - 516 с.
2. Супрун В.Н., Лакин И.К. Системный анализ показателей работы железных дорог как исходных данных систем менеджмента качества — Красноярск: Изд-во "Гротеск", 2005, 52 с.
3. Бережная Е.В., Бережной В.И. Математические методы моделирования экономических систем: Учебное пособие. — М.: Финансы и статистика, 2001. — 368 с.
Соколова О.В., Марынич Д.С. УДК 725.3
ВЛИЯНИЕ СИЛ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ НА ДЕФОРМАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОЛОТНА
Весьма распространенным классом деформаций в зимний период в регионах с сезонным промерзанием, а также распространения вечномерзлых грунтов является пучение. При деформации земляного полотна, вследствие развития процессов морозного пу-
чения, возможно искажение положения рельсовых нитей, что приводит к угрозе безопасности движения поездов. При текущем содержании пути необходимо выдавать предупреждения о снижении скоростей движения поездов и в суровых зимних условиях производить
выправку искажаемого пути укладкой специальных пучинных карточек и подкладок (по несколько раз за зимний сезон), а весной извлекать эти подкладки из пути. Работы эти трудоемкие, выполняются многими ПЧ железных дорог Севера, Урала, Сибири, Дальнего Востока, требуют расхода миллионов деревянных подкладок (и тыс. м3 леса), пучинных костылей, при многих перешивках разрушаются шпалы, увеличивается выход рельсов, элементов подвижного состава, поэтому так важна проблема предупреждения и ликвидации пучин. Пучинные деформации развивается в зимний период в процессе морозного пучения земляного полотна. Морозное пучение происходит как следствие увеличения в объеме глинистых грунтов при промерзании за счёт замерзания воды, находящейся в грунте, и мигрирующей в зону промерзания из смежных талых слоев с образованием кристаллов, линз и прослоек льда в очагах кристаллизации (вода при замерзании увеличивается в объеме на 9%).
Суть процесса морозного пучения заключается в том, что в зимний период земля с поверхности промерзает на некоторую глубину, а весной оттаивает. Этот сезоннопромерзаю-щий слой называется деятельным слоем. С этим слоем и связано морозное пучение грунтов. Сезонное промерзание грунтов колеблется в широких пределах от нескольких десятков сантиметров в южных областях и до 3-4 м в северных в восточных регионах страны. Темпы сезонного промерзания различны. На севере скорость сезонного промерзания 1-5 см в сутки. Полное промерзание достигается уже в ноябре - декабре. В южных районах сезонное промерзание происходит в течение всей зимы.
При промерзании грунта происходит поднятие или опускание земляного полотна, в результате этого наблюдается изменение положения рельсовых нитей по уровню и в продольном профиле сверх установленных допусков.
Морозное пучение обуславливается тремя основными факторами:
- наличием в зоне промерзания пучинис-тых (обычно пылеватых, суглинистых, супесчаных) грунтов;
- избыточным увлажнением пучинистых (в том числе некоторых видов заторфованных
и иловатых) грунтов с влажностью выше порога пучения;
- промерзанием этих избыточно увлажненных пучинистых грунтов (при наличии градиента температур) на глубину 1,5...3 м и более в районах Сибири, БАМа.
Пучинами (деформациями) называются местные неровности (искажения) пути по рельсовым нитям в продольном и поперечном профилях, которые больше допустимых по нормам текущего содержания и возникают при морозном пучении в период сезонного промерзания и оттаивания земляного полотна.
Соответственно равномерное пучение — такое, при котором возникающие при морозном пучении неровности пути в продольном и поперечном профилях не превосходят допустимые в фазах формирования, роста и осадки пучинных неровностей (¡ср < 1д
Важным фактором, определяющим выпучивание грунта, является его влажность в предзимний период. При этом выделяют два начальных условия пучения, которые определяются предельными значениями влажности. Влажность предела пучения характеризует такое предельное влажностное состояние, когда в замерзающем грунте воздушные поры заполняются льдом и незамерзающей водой, но пучение отсутствует. Другое предельное значение влажности, называемое критическим,— миграция влаги навстречу фронту промерзания грунта. Критическая влажность зависит от влажности на границе пластичности.
Согласно данным, содержащимся в работах, выпучивание грунта зависит от его температуры. Э. А. Маров исследовал деформации пучения свободной поверхности грунта и среднезимнюю температуру по глубине основания в зависимости от условий промерзания грунта. В первую зиму площадка очищалась от снежного покрова, во вторую зиму снег не убирался. В результате при разности температур грунта в первую и вторую зиму, составившую около 1°, подъем поверхности грунта уменьшился в 2—3 раза.
Температура грунта влияет также на силы смерзания грунта с фундаментами, которые рекомендуется принимать равными предельным значениям касательных сил пучения. Существует несколько методов определения сил смерзания модели сваи с грунтом путем её продавливания в мерзлом грунте. М. Н.
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Гольдштейн, Н. И. Салтыков, Н. А. Цытович и др. справедливо заметили, что мгновенная прочность смерзания, которая получается при сдвиге модели сваи относительно мерзлого грунта, не может служить критерием сил пучения, так как при этом не учитывается релаксация напряжений при длительном действии нагрузки . М. Н. Гольдштейн разработал метод определения сил пучения путем оценки предела длительной прочности, которая зависит от характера загружения. В предложенной установке вмороженная свая перемещалась в мерзлом грунте с постоянной скоростью под действием нагрузки, равной силе сопротивления смерзания.
Установлено, что температура грунта зависит от температуры воздуха, времени, коэффициентов теплообмена на поверхности грунта, его влажности и плотности. Что касается деформаций пучения грунта, то они зависят от значительного количества взаимосвязанных параметров, различные сочетания которых порой приводят к прямо противоположным результатам. Так, увеличение глубины промерзания обычно сопровождается возрастанием выпучивания грунта. Но при этом следует учитывать влияние скорости промерзания во времени, температуру грунта и мощность промерзающей толщи.
Различают пучинные горбы, перепады и впадины- прямые, переносные, односторонние. Несколько пучин, следующих одна за другой, образуют пучинный участок. Железнодорожный путь на пучинах нуждается в неоднократных выправках согласно действующим нормам в зависимости от скорости движения поездов. Промерзание земляного полотна возникает в следствии неоднородности или различной увлажненности промерзающих грунтов, наличие бессточных неровностей на основной площадке, близкого залегания грунтовых вод, необеспеченности поверхностного водоотвода, несвоевременной очистки балластного слоя.
Морозное пучение грунтов обусловлено климатическими, гидрогеологическими и ли-тологическими факторами. К основным природным факторам, характеризующим интенсивность пучения грунтов, относятся гранулометрический, минералогический и химический состав грунта, его водно-физические свойства, а также режим увлажнения и охлаждения грунтов, зависящий от климатических и гидрогеологических условий площадок.
Пучинистыми обычно называют грунты, которые при промерзании в условиях естественного залегания способны увеличится в объеме.
К пучинистым грунтам относят пески мелкие и пылеватые, супеси, суглинки и глины, а так же крупнообломочные грунты с содержанием в виде заполнителя частиц размером менее 0,1 мм. В количестве более 30 %, если они промерзают в условиях достаточного увлажнения или возможного притока вод по капиллярам.
К не пучинистым грунтам относят скальные, крупнообломочные с содержанием частиц грунта диаметром менее 0,1 мм меньше 30 %, пески гравелистые, крупные и средней крупности.
Следует заметить что подразделение грунтов на пучинистые и непучинистые условно, так как один и тот же грунт в одних условиях может быть пучинистым, а в других-непучинистым. Поэтому более правильно говорить о пучинистом или непучинистом состоянии грунтов.
Причинами неравномерного пучинообра-зования могут быть:
- наличие деформаций в виде балластных углублений (балластных корыт, лож, просадок);
- неоднородный литологический состав грунтов по глубине и простиранию (в продольном и поперечном профилях);
- неравномерное увлажнение грунтов в зоне промерзания атмосферными осадками, в том числе при неисправных водоотводах;
- наличие и различный гидрологический режим грунтовых вод в зоне промерзания;
- неравномерная и неодинаковая величина промерзания пучинистых грунтов (из-за снежного покрова, конструктивных особенностей и др.)
В соответствии с причинной обусловленностью, местоположением слоя пучинообра-зования в зоне промерзания, источников увлажнения (атмосферными, грунтовыми водами) пучины классифицируются по типам:
- поверхностные, формируются на контакте с загрязненным балластным слоем, углублениями;
- грунтовые:
- верховые (I типа) при размещении слоя пучинообразования, а также деформацией в верхней части зоны промерзания;
- полной зоны промерзания (II типа), когда слоем пучинообразования служит вся зона промерзания;
- низовые (III типа), когда слой пучинообразования размещен в нижней части зоны промерзания.
Коренные пучины, предопределяются избыточным увлажнением грунтовых вод.
Следует выделить наледные пучины (горбы), возникающие при сужении живого сечения водотока грунтовых вод в зоне промерзания и отслаивании вышележащих слоев грунта над льдообразованиями.
Весной возможны пучинные просадки -местные резкие впадины при оттаивании пу-чинистых грунтов, вызывающие недопустимые искажения положения рельсовых нитей, возможны на участках равномерного пучения.
Нами были исследованы деформации морозного пучения в крупнообломочных грунтах с пылевато-глинистым заполнителем. Эти грунты широко распространены в природе и часто являются природным основанием при прокладке железных дорог. Практика показывает, что наибольшему пучению подвергаются грунты, дисперсность которых соответствует размерам пылеватых частиц от 0,05 до 0,005 мм.
Одним из свойств, наиболее влияющих на пучение, является влажность, а именно, влаго-содержание грунта на момент промерзания. Установлено два независящих друг от друга показателя, определяющих начальные условия пучения грунта по влажности (Орлов, др., 1977):
Ш> Ш; Ш>Ш .
рг 1 сг
Первый показатель — влажность предела пучения Шрг — характеризует предельно влажностное состояние, при котором в замерзающем грунте воздушные поры заполняются льдом и незамерзшей водой, но пучение отсутствует. Расчетная влажность пучения находится по формуле:
^ = 0,92^^^ + 08КюГирШр, ЫРd
где р8 — плотность твердых частиц грунта, г/см3;
рй — плотность сухого грунта, г/см3;
К — коэффициент содержания незамер-зшей воды в мерзлом грунте;
Ти — температура прекращения пучения
ир 0/-. грунта, 0С;
Шр — влажность на границе раскатывания, д.ед.
Второй показатель-критическая влаж-
ность Ш.
характеризует влажностное со-
стояние, при котором в замерзшем грунте содержание воды практически не влияет на ее подвижность в нижележащем слое:
Шс2 = -^ (л/Р\ + 3р Ж (рш +р ^ > ^ ^ 2р л
где р8 — плотность твердых частиц грунта, г/см2;
влажность на границе текучести,
д.ед.;
Jp —число пластичности, д.ед.
Изменение влажности грунта в процессе промерзания значительно влияет на величину пучения грунта. В настоящее время предложено более двух десятков теорий миграции влаги. Наибольшее распространение получила теория адсорбционно-пленочного механизма влагопереноса, согласно которой перемещение влаги к фронту промерзания осуществляется за счет частичного «вымерзания» пленочной воды на минеральном скелете грунта, высвобождение части поверхности энергии грунтовых частиц и подтягивания абсорбционными силами дополнительного количества влаги. Пучение с точки зрения миграционного льдонакопления зависит от скорости промерзания.
Пучение промерзающих грунтов оказывает отрицательное воздействие на различные сооружения, но наибольшие осложнения приносит земляному полотну автомобильных и железных дорог, а также аэродромным покрытиям. При большом скорости движения железнодорожного транспорта на участках пучин возникают деформации верхнего строения пути (пучинные горбы), ухудшается взаимодействие пути и подвижного состава, что может привести к сходу подвижного состава. Поэтому в целях безопасности и плавности движения поездов устанавливаются ограничение скорости.
Морозное пучение грунтов нередко приводит к выпучиванию из пород деятельного слоя на поверхность крупных твердых тел, находящихся в слое сезонного промерзания.
Нормальные силы пучения. Эти силы пучения действуют по нормали к основанию фундаментов и возникают за счет формирования линз льда под фундаментом. Меры борь-
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
бы: подошву фундамента следует заглублять ниже подошвы слоя сезонного промерзания на 0,25 м. Следовательно, глубина заложения фундамента определяется глубиной сезонного промерзания.
Касательные силы пучения. Пазуха котлована обычно заполняется тем же, но только разрыхленным грунтом. Влажность засыпаемого грунта обычно больше естественной влажности грунта в массиве. В результате смерзания фундамента с прилегающим грунтом развиваются касательные силы пучения. Таким образом, касательные силы морозного пучения являются результатом действия грунтов, замерзающих у боковых граней фундаментов, и имеют направление по касательной к поверхности фундаментов, соприкасающихся с замерзающим грунтом. Наибольшей прочностью смерзания обладают водонасы-щенные мерзлые пески. Наименьшую силу смерзания имеют щебенистые, гравелистые и галечниковые грунты.
Изучение деформации железнодорожного полотна, развивающийся от действия сил морозного пучения охватывает влияния всего комплекса природной обстановки на развитие процесса пучения. Основными критериями оценки морозоопасности крупнообломочных грунтов с пылевато-глинистым заполнителем являются критерии дисперсности, степень заполнения межобломочного пространства тонкодисперсными частицами, влажность, характеризующая предел пучения крупнообломочного грунта, а также его критическая влажность.
Критерий дисперсности характеризует степень раздробленности грунта и определяется по формуле (Орлов и др., 1977):
о-=г*_
¿а -е-рш
где к — коэффициент, равный 1,85 х 10-4;
рщ — плотность сухого крупнообломочного грунта;
е — коэффициент пористости; dо — средний диаметр частиц грунта, см. Плотность сложения крупнообломочного грунта выражается через степень заполнения межобломочного пространства тонкодиспер-
сными частицами, которая для грунта, находящегося в сухом состоянии равна
„ _ (1 " К р) 'Р аког 'Р .об
о3--,
р .з • (р .об - К р Р аког )
где Кр — весовое содержание частиц > 2 мм;
Р,а ког — плотность сухого крупнообломочного грунта;
Р8 об и р8 з — плотность обломков и тонкодисперсных частиц соответственно.
Для влажного грунта этот показатель определяется с учётом объёма заполненного водой. Влажностное состояние крупнообломочных грунтов характеризуется влажностью предела пучения и критической влажностью.
Проанализировав результаты лабораторных и натурных исследований, мы получили зависимость степени морозоопасности крупнообломочного грунта с пылевато-глинистым заполнителем от пучинистых свойств тонкодисперсного материала
= 5зИ1.з,
где И^ — параметр морозоопасности тонкодисперсного грунта;
Бз - степень заполнения мелкообломочного пространства тонкодисперсными частицами.
Оценка морозоопасности земляного полотна из крупнообломочных грунтов с пыле-вато-глинистым заполнителем с учётом перечисленных критериев позволяет оценивать их степень пучинистости и составлять прогноз деформации основания сооружений.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Грицык В.И. Земляное полотно железных дорог. — М.: Маршрут,- 2005. - 362 с.
2. Орлов В.О., Дубнов Ю.Д., Меренков Н.Д. Пучение промерзающих грунтов и его влияние на фундаменты сооружений. — Л.: Стройиздат. -1977. - 412 с.
3. Соколова О.В., Горковенко Н.Б. Оценка морозоопасности крупнообломочных грунтов с пылевато-глинистым заполнителем. - Основания, фундаменты и механика грунтов -1997. №2. - С.11-15.
