Фізична сутність процесу нагромадження залишкових деформацій основної площадки експлуатованого земляного полотна

У підрейкових зонах нагромадження річних вертикальних деформацій основної площадки на стабілізованій експлуатованій земляній полотнині може бути пояснене тим, що в період річного циклу, крім вертикальних переміщень часток ґрунту основної площадки, описуваних теоріями ущільнення і переупаковки часток і гіпотезами про обдимання, також відбувається горизонтальне залишкове переміщення часток ґрунту з підрейкових зон убік кінців шпал і осі колії, тобто в зони з меншим тиском на основну площадку. Таке переміщення можна пояснити двома причинами.

1. Обдимання ґрунту верхньої частини земляної полотнини внаслідок наявності вільних бічних поверхонь (укоси чи насипу кюветів) є об'ємним, тобто ґрунт при обдиманні збільшується в обсязі не тільки у вертикальному, але і до деякої міри в горизонтальному напрямку. У пучиністім шарі при відтаванні лінз і прошарків льоду ґрунт зменшується в обсязі внаслідок його ущільнення у вертикальному напрямку поїзним навантаженням і власною вагою верхньої будови колії. При цьому частки ґрунту, що перемістилися при пучінні в горизонтальному напрямку, не повертаються у вихідне положення, тому що при відтаванні ніякого горизонтального навантаження, що ущільнює, на них не діє. Отже, при наявності хоча б незначного горизонтального переміщення ґрунта основної площадки з'ясовна наявність незамкнутого циклу вертикальних переміщень її протягом року, тобто з'ясовне нагромадження річних деформацій основної площадки стабілізованої експлуатованої земляної полотнини.

2. Поїзне навантаження на основну площадку нерівномірно розподілені по довжині шпали: у підрейкових зонах вона максимальна, поступово зменшуючись до осі колії і до кінців шпал. Особливо збільшується зазначена нерівномірність відразу після підбиття шпал, що у багатьох випадках виробляється тільки в підрейкових зонах.

Максимальне нагромадження деформацій протікає по напрямку лінії дії максимальних напружень, тобто по напрямку лінії дії головних напружень. Напрямок же цих напружень у ґрунті при дії на нього розподіленого навантаження, як відомо, визначається градіентом навантаження. Так, наприклад, при градієнті, рівному нулю, тобто при рівномірно розподіленому навантаженні, напрямок головних напружень співпадає з напрямком діючого навантаження. При зазначеному вище нерівномірному розподілі напружень на основну площадку градіент напружень, що діють на неї, дорівнює нулю тільки під рейками і по осі колії. На інших ділянках довжини шпали він не дорівнює нулю. Отже, максимальні стискаючі напруження діють на основну площадку вертикально тільки в підрейкових зонах. На інших ділянках довжини шпали напрямок їхньої дії трохи відхилено від вертикалі: відхилення спрямоване на ділянках від підрейкових зон до кінців шпал убік кінців шпал, на ділянках від підрейкових зон до осі колії — убік осі колії. Зі сказаного випливає, що частки пучиністого шару ґрунту після відтавання в процесі їхнього ущільнення переміщаються не тільки вниз, але і трохи зміщаються з підрейкових зон убік кінців шпал і осі колії. За один річний цикл такий зсув може бути мізерно малим. Але в результаті багаторічних циклів ущільнення поїзним навантаженням у весняно-літній період і розщільненням при пучінні в зимовий період зазначені переміщення можуть бути значимими.

Таким чином, на ділянках стабілізованої експлуатованої земляної полотнини у випадках, коли відбувається промерзання й пучіння верхнього шару, нагромадження деформацій основної площадки в підрейкових зонах з’ясовано, навіть якщо величина циклічного навантаження не збільшується в процесі експлуатації.

Звичайно, реальний процес нагромадження деформацій основної площадки незмірно складніше, ніж це випливає з будь-якої окремо узятої гіпотези. Імовірніше всього даний процес визначається причинами всілякого характеру від гідрогеологічних і термічних до механічних.

Див.ЦП269, 204.