Bài viết Dự báo độ lún lớp móng đường sắt dưới tác động của tải trọng động tập trung vào ảnh hưởng của 2 yếu tố quan trọng trong quá trình khai thác đường sắt là tải trọng động của đoàn tàu và số lần tác dụng của tải trọng (số trục tàu) kể từ khi đưa công trình vào sử dụng đến thời điểm nghiên cứu.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 DỰ BÁO ĐỘ LÚN LỚP MÓNG ĐƯỜNG SẮT DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA TẢI TRỌNG ĐỘNG Trương Quốc Quân Trường Đại học Thủy lợi, email: quantq@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM Lớp móng đường sắt lớp cấu tạo nằm lớp đá ba-lát đất tự nhiên, lớp có vai trị đặc biệt quan trọng bao gồm: tăng cường độ chung kết cấu; phân tán ứng suất động lên mặt đất nền, khiến cho khơng vượt q ứng suất động cho phép; phịng trừ đá dăm chìm vào đất đất lại đùn vào lớp đá dăm; phòng trừ nước xâm nhập đường làm cho đất mềm hoá bảo đảm phần mặt vai đường khơng bị nước mưa xói lở Mơ hình để dự báo biến dạng đường đề xuất Gidel et al (2001) [2] có dạng sau: Tà vẹt p ⎡ ⎛ N ⎞ ⎟ ⎝ 100 ⎠ ε1 = A ⎢1 − ⎜ ⎢ ⎣ −B ⎤ ⎛L ⎥ ε op ⎜ max ⎥ ⎝ pa ⎦ n ⎞ ⎟ ⎠ ⎛ m + s − qmax ⎞ ⎜ ⎟ pmax pmax ⎠ ⎝ (1) Trong đó: ε op , A, B, n, m, s hệ số kinh nghiệm; pmax, qmax ứng suất trung bình ứng suất lệch tối đa bước nén, lmax = + q2 pmax , pa = 100 max kPa, N số trục tàu tác dụng lên lớp móng kể từ đua vào sử dụng đến thời điểm nghiên cứu Quá trình tìm giá trị hệ số ε op , A, B, n, m, s bao gồm bước: Bước 1: tìm giá trị ε op , n, m, s thông qua biến dạng ghi nhận cuối bước nén (công thức 2) Đá ba lát Lớp móng Đất Hình Cấu tạo chung kết cấu đường sắt Để đảm bảo kết cấu đường sắt hoạt động bình thường, cần kiểm sốt tốt độ lún lớp móng Độ lún phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trình thi công khai thác, nhiên nghiên cứu tập trung vào ảnh hưởng yếu tố quan trọng trình khai thác đường sắt tải trọng động đoàn tàu số lần tác dụng tải trọng (số trục tàu) kể từ đưa công trình vào sử dụng đến thời điểm nghiên cứu Mơ hình sử dụng mơ hình đề xuất Gidel et al (2001) [2] với thiết bị thí nghiệm máy nén trục động loại lớn 92 (2) Bước 2: thay giá trị ε op , n, m, s vào công thức (1), dựa vào số trục tàu N tác dụng để tìm hệ số A B CHƯƠNG TRÌNH THÍ NGHIỆM a) Thiết bị thí nghiệm Thiết bị thí nghiệm sử dụng máy nén ba trục động loại lớn (Hình 2), chuyên dùng để thí nghiệm cho loại vật liệu có kích thước hạt lớn đất lẫn cuội sỏi thô, Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 đá ba-lát Thiết bị cho phép tác động tải trọng nén dọc trục lên tới 500 kN tải trọng buồng nén từ đến Mpa Mẫu thí nghiệm thiết bị có đường kính D = 300 mm, chiều cao H = 600mm giữ cố định 30 kPa, ứng suất dọc trục tăng dần Tần suất chọn f = Hz tương ứng với vận tốc khai thác từ 150-200 km/n Từ bước đến bước tăng tải số 4, bước để 20000 lần tải trọng tác dụng Riêng bước cuối để 920000 lần tải trọng tác dụng Tồn thơng số thí nghiệm thống kê Bảng Bảng 1: Bộ thơng số thí nghiệm qmax (kPa) pmax (kPa) N (lượt) t (h) 0 30 20000 1,11 45 45 20000 1,11 90 60 20000 1,11 140 77 20000 1,11 200 97 920000 51,11 Bước Hình Máy nén trục động b) Vật liệu thí nghiệm Vật liệu thí nghiệm lấy trực tiếp từ trường có đặc trưng lý sau: khối lượng thể tích tự nhiên ρ = 2,51 g/cm3; khối lượng thể tích khơ ρd = 2,39 g/cm3; độ ẩm w = 5,13%; Dmax = 63 mm hàm lượng hạt mịn (< 80 μ m ) xấp xỉ 16% Hình Vị trí lấy mẫu thí nghiệm Hình Khn chế tạo mẫu thí nghiệm c) Trình tự thí nghiệm Thí nghiệm tiến hành dựa theo tiêu chuẩn AFNOR - NF EN 13286-7 [1] Vật liệu sau lấy từ trường sấy khơ, trộn với lượng nước tính tốn để đạt độ ẩm trường, sau đưa vào khn để tạo mẫu (Hình 4, 5) Thí nghiệm tiến hành với bước tăng tải liên tiếp Ứng suất buồng nén 93 Hình Đầm nén mẫu thí nghiệm Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN Từ kết thu thí nghiệm được, ta tiến hành bước nêu mục để tìm hệ số kinh nghiệm Kết thể cụ thể Bảng Bảng Thơng số thí nghiệm sau bước Hệ số ε op n M s R 47,73 1,46 7,45 20,53 0.91 Hình Tương quan thực nghiệm-mơ hình Bảng Thơng số thí nghiệm sau bước Hệ số A B R 55,43 0,0023 0,775 Thay hệ số vào công thức 1, ta biểu thức cuối mơ hình dự báo độ lún lớp móng đường sắt theo ứng suất sô trục tàu tác dụng: ⎡ ⎤ 146 ⎢ ⎥ −00023 ⎛L ⎞ ⎛N⎞ ⎥ ⎢1−⎜ ⎟ 4773 ⎜ max ⎟ ε1p =5543 ⎢ ⎝100⎠ qmax ⎞⎥ ⎝ 100 ⎠ ⎛ 2053 ⎢ ⎜m+ pmax − pmax⎟⎥ ⎝ ⎠⎦ ⎣ Từ kết thu được, ta thấy bên cạnh độ lún quan trắc thực tế tuyến đường sắt đưa vào khai thác, công thức dự báo dựa mơ hình thực nghiệm đề xuất Gidel et al (2001) cung cấp thêm cho công cụ để dự báo độ lún lớp móng đường sắt dựa ứng suất (thể tải trọng tàu khai thác) số trục tàu (thể thời gian khai thác) Từ giá trị dự báo này, quan quản lý xác định thời điểm cần gia cố, cải tạo lớp móng đường sắt nhằm đảm bảo yêu cầu độ lún cho phép, đảm bảo an tồn khai thác cơng trình TÀI LIỆU THAM KHẢO Tương quan kết thí nghiệm với mơ hình đề xuất bên thể Hình Ta thấy với số trục tàu N > 50000 lượt, mơ hình cho dự báo biến dạng lớp móng đường sắt tương đối sát với kết thí nghiệm [1] AFNOR - NF EN 13286-7 : Essai triaxial sous charge cyclique mour mélanges sans liant hydraulique [2] Gidel et al (2001), Nouvelles approche pour l’étude des déformations permanentes des graves non traitées l’appareil triaxial chargement répétés, Bulletin des Laboratoires des Ponts et Chaussées-233Juillet – Aout 2001- Réf- 4359- PP 5-21 94 ... độ lún quan trắc thực tế tuyến đường sắt đưa vào khai thác, công thức dự báo dựa mơ hình thực nghiệm đề xuất Gidel et al (2001) cung cấp thêm cho công cụ để dự báo độ lún lớp móng đường sắt dựa... (thể tải trọng tàu khai thác) số trục tàu (thể thời gian khai thác) Từ giá trị dự báo này, quan quản lý xác định thời điểm cần gia cố, cải tạo lớp móng đường sắt nhằm đảm bảo yêu cầu độ lún cho... 0,0023 0,775 Thay hệ số vào công thức 1, ta biểu thức cuối mơ hình dự báo độ lún lớp móng đường sắt theo ứng suất sô trục tàu tác dụng: ⎡ ⎤ 146 ⎢ ⎥ −00023 ⎛L ⎞ ⎛N⎞ ⎥ ⎢1−⎜ ⎟ 4773 ⎜ max ⎟ ε1p