Проектирование поперечного профиля насыпи и проверка устойчивости

Ширина основой площадки насыпи принимается по нормам, приведенным в таблице 8 СП238.
Ширина земляного полотна на железных дорогах всех категорий на участках, расположенных в кривых, должна быть увеличена с наружной стороны кривой на значение, указанное в таблице 9 СП238.

Крутизну откосов насыпей следует назначать в зависимости от вида грунта, его состояния и высоты насыпи по таблице 10 СП238.

Пример проектирования поперечного профиля насыпи в расчетный период с учетом паводка
Исходные данные
Категория дороги – 1
Количество путей – 1
План линии – Кривая R-800
Высота насыпи – 15,0 м
Грунт насыпи – суглинок
Высота незатопляемой бермы – 7,0 м
Высота капиллярного поднятия – 1,26 м
Глубина воды при расчетом уровне – 3,56 м
Средний уклон кривой депрессии – 32 ‰
Поперечный уклон местности – 7 ‰
Толщина защитного слоя – 1,2 м
Толщина первого слоя основания – 2,5 м
Толщина второго слоя основания – 30,0 м
Для первой категории дороги ширина основной площадки земляного полотна для дренирующих грунтов(каковым является защитный слой) равна 6,6 м. Уширение основной площадки равно 0,4 м. Крутизна откосов насыпи до 6 м равна 1:1,5. Так как высота незатопляемой бермы равна 7,0 м, а высота насыпи – 15,0 м, крутизна оставшейся части откоса (15,0-7,0-6,0=2,0 м) равна 1:1,75. Минимальная ширина незатопляемой бермы – 3,0 м. Для отвода воды устраивается уклон 0,04 в полевую сторону, такой же уклон принимается и для защитного слоя. Крутизна откосов бермы принимается равной 1:2. Основание расположено под уклоном 0,007. Верхний уровень воды (глубина 3,56 м) очерчивается кривой депрессии (уклон 0,032), а над ним размещается зона сплошного капиллярного поднятия (высота 1,26 м). Толщина первого слоя основания 2,5 м, его границу со вторым слоем основания разрешается делать с нулевым уклоном.
Схема поперечного профиля насыпи с указанием всех размеров приведена на следующем слайде.

6,6 м
0,4 м
0,04
0,04
0,032
0,032
0,04
1:1,75
1:1,5
1:1,5
1:1,75
1:2
1:2
0,007
3,0 м
6,0 м
2,0 м
7,0 м
30,0 м
2,5 м
3,56 м
1,26 м
1,2 м
15,0 м
1 слой основания
2 слой основания
Для дальнейшего расчета устойчивости в программе GEO5 данную схему необходимо вычертить в AutoCAD для своего варианта без указания размеров. Для последующего экспорта в программу GEO5 чертеж необходимо сохранить в формате .dxf

Расчет устойчивости всей насыпи выполняется с помощью программного комплекса GEO5, в котором рассматриваются все зоны рассчитываемой насыпи. Сначала определяются характеристики всех зон подтопляемой насыпи и слоёв основания. Затем рассчитывается статический коэффициент устойчивости насыпи. Насыпь разбивается на инженерно-геологические элементы – ИГЭ – для которых необходимо рассчитать удельный вес грунта, сцепление и угол внутреннего трения. Схема ИГЭ представлена ниже.
ИГЭ-5 – 1 слой основания
ИГЭ-6 – 2 слой основания
ИГЭ-4 – зона водонасыщения
ИГЭ-2 – грунт насыпи выше зоны капиллярного поднятия
ИГЭ-1 – защитный слой
ИГЭ-3 – зона капиллярного поднятия

В расчетах по поперечному сечению земляного полотна находят наихудшую поверхность возможного смещения с наименьшим коэффициентом устойчивости kmin, который сравнивают с допускаемым значением [k].
Величина [k] определяется нормами СП 238 в зависимости от категории железной дороги и условий расчета.
Для курсового проекта коэффициент [k] принимается равным для линий: скоростных и особогрузонапряженных – 1,25, для I и II категорий – 1,20, для III категории – 1,15.
Однако, необходимо учесть динамическое воздействие от поездной нагрузки через коэффициент динамики ад, который зависит от высоты насыпи, типа грунта и интенсивности нагрузки.
Оценка устойчивости
Окончательно, полученный при расчете минимальный коэффициент устойчивости kmin необходимо сравнить с допускаемым значением [k] с учетом динамики.

Расчет общей устойчивости в программном комплексе GEO5
Импортируется заранее начерченный поперечный профиль насыпи

Далее задаются контуры поперечного профиля насыпи и границы каждого ИГЭ

Контуры задаются графически через характерные точки

Всего 6 границ контура
Поперечный профиль насыпи
Граница ИГЭ-1
Граница ИГЭ-2
Граница ИГЭ-3
Граница ИГЭ-4
Граница ИГЭ-5

Далее необходимо добавить характеристики грунта для каждого ИГЭ
Ввести название слоя, удельный вес, угол внутреннего трения и сцепление грунта
Для большой наглядности можно поменять тип и цвет штриховки

Далее необходимо привязать каждый ИГЭ к соответствующей области

Далее необходимо добавить нагрузки от подвижного состава и веса верхнего строения пути
Ввести название нагрузки, начальное положение, длину и её величину

Расчет ведется по методу Шахунянца для самой наихудшей поверхности скольжения
Начальная поверхность скольжения задается графически

Далее рассчитывается коэффициент устойчивости