Обоснование выбора модели грунта для исследования стабильности земляного полотна железной дороги при сейсмическом воздействии

   В статье рассмотрена проблема численного моделирования напряженно-деформированного состояния грунтового сооружения с учетом сейсмического воздействия. Целью настоящего исследования является обоснование выбора модели грунта, обеспечивающей корректное моделирование сейсмического воздействия на насыпь железнодорожного пути для последующей разработки мероприятий по повышению сейсмостойкости земляного полотна за счет укладки демпфирующего слоя.
   На основе анализа графиков зависимости осевой деформации от девиатора напряжений проанализированы основные различия некоторых моделей грунта (линейно-упругой, линейной упруго-идеально-пластической Мора – Кулона, упрочняющегося грунта и упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях). Приведены особенности работы моделей грунта в условиях динамического циклического воздействия. Сделаны предположения относительно потенциала каждой из моделей осуществлять затухание колебаний от действия землетрясения.
   Методом конечных элементов произведено моделирование стандартного стабилометрического испытания для анализа зависимости осевых деформаций от напряжений. Выполнена оценка соответствия полученных расчетных графиков с теоретическими кривыми и данными лабораторных испытаний.
   Произведено моделирование напряженно-деформированного состояния земляного полотна железной дороги в виде насыпи высотой 15 м из песка средней крупности в ходе сейсмического воздействия различной балльности. Установлено различие результатов расчетов напряженно-деформированного состояния насыпи в рассматриваемых моделях по критериям перемещения основной площадки земляного полотна и напряжений в зоне формирования поверхности скольжения.
   Доказано, что модель упрочняющегося грунта с жесткостью при малых деформациях наиболее подходит для исследования влияния сейсмического воздействия на напряженно-деформированное состояние земляного полотна железной дороги.

1. Ишихара К. Поведение грунтов при землетрясениях / науч. ред. рус. пер.: А. Б. Фадеев, М. Б. Лисюк ; пер. с англ. Н. Л. Курчанов. В. А. Клименко. Санкт-Петербург : [б. и.], 2006. 383 с. (Серия «Достижения современной геотехники» / НПО «Геореконструкция-Фундаментпроект»).

2. Пособие по моделям материалов. PLAXIS CONNECT Edition V20. URL: https://bentleysystems.service-now.com/community?id=kb_article_view&sysparm_article=KB0108423 (дата обращения: 04.03.2025).

3. Мирный А. Ю., Мосина А. С. Математические модели грунтов для инженеров : монография. Москва : Геоинфо, 2024. 416 с.

4. Vibration of subgrade and evaluation of derailment coefficient of train under combined earthquake – moving train load / M. Gao, X. Xu, R. He [et al.] // Soils and Foundations. 2021. Vol. 61, Iss. 2. P. 386–400. https://doi.org/10.1016/j.sandf.2020.12.005.

5. Yi S. R. Dynamic Analysis of High-Speed Railway Alignment. 2018. URL: https://www.researchgate.net/publication/323110972 (дата обращения: 04.03.2025).

6. ГОСТ 12248.3–2020. Определение характеристик прочности и деформируемости методом трехосного сжатия. Москва : Стандартинформ, 2020. 28 с.

7. Меркурьев Ю. С. Моделирование сейсмического воздействия на земляное полотно с демпфирующим слоем. Динамический расчет по акселерограмме // Вестник УрГУПС. Екатеринбург. 2023. № 4. С. 110–119.

8. СП14.13330.2018. Строительство в сейсмических районах : актуализированная редакция СНиП II-7-81*. Москва : Стандартинформ, 2018. 116 с.

9. Меркурьев Ю. С. Моделирование сейсмического воздействия на земляное полотно с демпфирующим слоем. Сравнение аналитического и конечно-элементного методов // Вестник УрГУПС. Екатеринбург. 2023. № 3. С. 122–134.

10. СП238.1326000.2015. Железнодорожный путь. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200124323 (дата обращения: 04.03.2025).

11. Федоренко Е. В. Метод расчета устойчивости путем снижения прочностных характеристик // Транспорт Российской Федерации. 2013. № 6 (49) С. 24–26.