Вероятностный подход к оценке качества существующих дорожных одежд.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

В процессе эксплуатации автомобильной дороги происходит постепенное снижение прочности дорожных одежд. Наибольшее ослабление их несущей способности отмечается в неблагоприятный (весенний) период, когда грунт земляного полотна переувлажняется. При этом основными источниками увлажнения являются поверхностные и грунтовые воды.

Насыщение грунта земляного полотна влагой является крайне опасным для его основных характеристик: модуля упругости, угла внутреннего трения, сцепления. Эти характеристики определяют способность земляного полотна сохранять заданные геометрические размеры и сопротивляться без существенных деформаций воздействию природно-климатических факторов и нагрузок. Так, при увеличении влажности глинистого грунта только на 2 % угол внутреннего трения уменьшается на 15¸20 %, сцепление – на 30¸35 %, а модуль упругости – на 20¸25 %. К тому же, кроме уменьшения средних значений прочностных характеристик, наблюдается увеличение неоднородности их значений.

Установлено, что не только водно-тепловые условия способствуют интенсивному нарастанию деформаций и разрушений в конструкциях дорожных одежд в весенний период года, но и воздействие транспортной нагрузки (характеризуемое интенсивностью и составом движения). В связи с этим, важнейшей задачей в этот период является ограничение интенсивности движения автомобилей и нагрузки от них.

Таким образом, при комплексном воздействии перечисленных выше факторов снижаются прочностные характеристики дорожных конструкций в период эксплуатации автомобильной дороги. Это влечет за собой ухудшение качества дорожных одежд и сокращение их срока службы.

Для того, чтобы не допустить преждевременного появления деформаций и их развития, необходимо своевременно проводить обследование транспортно-эксплуатационного состояния дорожных одежд и объективно оценивать их показатели. При этом в работе С.Ю.Рокас отмечал: "…показатели эксплуатационного качества следует оценивать вероятностно-статистическими методами, так как они относятся к стохастическим величинам".

Анализу неоднородности параметров конструкций дорожных одежд, свойств дорожных материалов, учету этих явлений в конструировании и расчете дорожных одежд посвящено много работ. При этом отмечено, что наиболее распространенной оценкой изменчивости этих свойств являются средне-квадратические отклонения (s) и коэффициент вариации ( ). По данным проф. В.А.Семенова коэффициенты вариации параметров колеблются от 15% до 60%. "Наиболее однородными являются плотность, пустотность, коэффициент уплотнения, содержание битума; наибольшая неоднородность присуща водным свойствам и прочностным показателям". В связи с этим, необходимо, чтобы методы оценки качества дорожных одежд основывались на вероятностном подходе. Это позволило бы учесть реальную изменчивость свойств материалов, конструкций и нагрузок.

Детальная, объективная оценка состояния дорожных одежд затруднена. Это объясняется тем, что на обследуемых участках дорог различной протяженности с различными грунтово-геологическими условиями, геометрическими элементами наблюдается изменение показателей дорожных конструкций в широких пределах. Результаты измерений распределяются по какому-либо закону теории вероятности (рис.1.1).

В связи с этим проф. В.А.Семеновым в работах предложено производить оценку качества параметров автомобильных дорог следующими методами:

1. Численная оценка качества определяется в зависимости от показателей дефектности (D), представляющего собой выход измеряемого параметра за пределы допуска. Для определения показателя D получено соотношение (1.1), отраженное на рис.1.1,

, (1.1)

где F₁ и F₂ – площади фигур, соответствующие браку по измеряемой величине;

F_общ – общая площадь фигуры, расположенной между кривой распределения и осью абсцисс.

Бальная оценка (Б) качества производится на основе найденного показателя дефектности (D) двумя способами:

а) если D=0÷0,050, то качество отличное;

если D=0,051÷0,100, то качество хорошее;

если D=0,101÷0,180, то качество удовлетворительное;

если D=0,181÷0,300, то качество неудовлетворительное;

б) Б=5-6,7640D-74,414D²+193,572D³

или

Б=5-12,5D

1. Современный уровень развития математики позволяет применить аппарат теории вероятности к оценке качества дорожных одежд. В работе проф. В.А.Семенов отметил, что повышение качества автомобильных дорог можно достичь при регулировании однородности их параметров. При этом оценка однородности производится с учетом коэффициента вариации параметра (C_V) и закона его распределения.

P(x)

F _ОБЩ

F₁ F₂

[X₁] [X₂] X

Рис.1.1 Схема к определению показателя дефектности:

[X₁] – минимально допустимое значение величины;

[X₂] – максимально допустимое значение величины.

Наибольшее применение в дорожной практике нашли такие законы распределения, как нормальный, Вейбулла, гамма-распределения, экспоненциальный и др. В работе отмечено, что для модулей упругости грунта земляного полотна, уровня грунтовых вод, прочностных характеристик материалов, показателей эксплуатационного состояния дорожной одежды, значений влажности земляного полотна в весенний период применим нормальный закон распределения при условии, что измеряемый параметр обладает высокой однородностью (C_V>0,2). В случае C_V=0,2÷0,3 используются законы Вейбулла и нормальный. Если измеряемый параметр обладает низкой однородностью (C_V=0,3÷0,8), то применяется закон Вейбулла, который остается верным и при C_V=0,8 вместе с экспоненциальным законом распределения. Для теоретической оценки параметров, которые нельзя получить экспериментальным путем (растягивающие и сдвигающие напряжения и др.), используют методику, отраженную в работе.

В результате проведенных исследований проф. В.А.Семенов получил значения коэффициентов вариации различных параметров, при которых обеспечиваются необходимые уровни качеств. Например, если при обследовании дорожных конструкций определен коэффициент вариации модуля упругости на поверхности асфальтобетона =0,25, то это соответствует удовлетворительному уровню качества.

Таким образом, применяя любой, из предложенных проф. В.А.Семеновым, способ оценки качества, можно получить данные, отражающие фактическое состояние дорожных одежд.

В дальнейшем теория однородности нашла отражение в разработанной проф. В.В.Столяровым теории риска, основными задачами которой в области проектирования дорожных одежд являются: оценка влияния качества строительства дорожных одежд на вероятность ее разрушения за период времени t; оценка фактического срока службы дорожной одежды; расчет риска пластических сдвигов в малосвязных слоях дорожной одежды; расчет риска нарушения сплошности в монолитных слоях при изгибе.

Таким образом, теория риска позволяет прогнозировать вероятность возникновения деформаций и разрушений дорожных одежд с целью проведения мероприятий по их предотвращению.

Необходимо заметить, что в основу решения двух первых задач легла предложенная проф. В.А.Семеновым зависимость снижения однородности дорожных одежд во времени, характеризующаяся эмпирическим коэффициентом γ равным 0,023 для условий Западной Сибири. Проведенные проф. В.В.Столяровым, при участии автора, натурные исследования показали, что на коэффициент γ оказывают влияние величина фактической нагрузки на дорогу и показатели влажности (W и s _W) земляного полотна. Поэтому значения этого коэффициента (γ) следует устанавливать в зависимости от точности определения перспективной интенсивности движения и значений фактической влажности в весенний период. В связи с этим необходимо продолжить исследования по определению фактического срока службы дорожных одежд нежесткого типа (t_ф) с учетом влияния влажности подстилающего слоя грунта и реальных характеристик конструкции на показатель t_ф

Ранее отмечалось, что оценка прочности дорожных одежд нежесткого типа может выполняться по трем критериям: по упругому прогибу; по сдвигу в грунте земляного полотна и в слоях слабосвязных материалов; по растягивающим напряжениям в монолитных слоях при изгибе. Однако оценка состояния дорожных одежд по последним двум критериям сильно затруднена, из-за невозможности измерения этих двух параметров с поверхности покрытия. В то же время проф. В.А.Семеновым проведены теоретические исследования с целью получения расчета однородности дорожной одежды по упругому прогибу, растягивающим напряжениям в малосвязных слоях в зависимости от достигаемой однородности по толщинам слоев, их модулю упругости и т.д. В результате получены выражения для нахождения коэффициентов вариации (С_V) и средних квадратических отклонений (s) для эквивалентного модуля упругости, для растягивающих напряжений в верхнем и промежуточном слоях, для сдвигающих напряжений в связных и малосвязных слоях.

В дальнейшем проф. В.В.Столяровым была разработана модель, позволяющая определить риск возникновения трещин в монолитном слое к концу периода между капитальными ремонтами. В основе этой модели использованы коэффициенты вариации растягивающих напряжений, полученные проф. В.А.Семеновым в работе. Предложенная модель позволила учесть степень однородности материалов дорожной одежды и толщины ее слоев в расчете на растяжение при изгибе асфальтобетонного покрытия. Однако данная модель решалась без учета колебания влажности подстилающего слоя грунта в весенний период времени. В связи с этим, дальнейшие исследования должны быть направлены на установление вероятности возникновения трещин в монолитном слое к концу срока службы дорожной одежды и величин растягивающих напряжений в нежестком покрытии в зависимости от качественного состояния конструкций и изменений влажности грунта земляного полотна в весенний период года. Для этого необходимо получить модель, которая бы комплексно отражала прочность существующей дорожной конструкции (слоистого упругого полупространства) , качественное состояние конструкции и фактические темпы разрушения в процессе эксплуатации дорог.

Таким образом, работоспособность автомобильных дорог определяется фактическим состоянием дорожных одежд и рядом других факторов, среди которых немаловажную роль играет состав и интенсивность движения. Особенно это выражено в весенний период, когда грунт земляного полотна находится в переувлажненном состоянии. В рамках данной монографии для сохранения фактического срока службы дорожной одежды на уровне рассматриваются два условия: определение допустимой нагрузки на фактическую конструкцию в неблагоприятный период года; регулирование уровня грунтовой воды в весенний период года.

В настоящее время разработаны Указания, в которых даны рекомендации по расчету ограничения движения на дороге в период наибольшего ослабления дорожной конструкции. Методика включает ряд коэффициентов, характеризующих, в основном, только тип существующих дорожных одежд. Такой подход показывает, что для дорожных одежд одного типа (например, капитального), расположенных в одинаковых природных условиях и подверженных воздействию равных транспортных нагрузок, степень разрушения одежды независимо от особенности конструктивного решения будет одинаковой. В то же время для различных вариантов конструкций, с различным сочетанием параметров слоев и их коэффициентов вариации, неизбежно возникновение различий в объемах и темпах разрушения. Поэтому установленные значения параметров N_Дt и Е_Ф по методике следует рассматривать, как приближенные, которые могут отличаться от действительных, как в одну, так и в другую сторону.

Таким образом, при определении величины снижения транспортной нагрузки в весенний период года необходимо разрабатывать и использовать вероятностные математические модели, которые учитывают конструктивные особенности дорожных одежд и их фактическое состояние.

Доказано, что все показатели дорожных одежд изменяются в широких пределах. Применение вероятностных методов позволило получить средние значения показателей и их некоторые характеристики распределения. Дальнейшее развитие такое направление получило в исследованиях проф. В.В.Столярова.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 116; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!