Способ управления скоростью движения транспортных средств на участках в сложных природных условиях

Изобретение относится к способам оценки и контроля состояния объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог. Способ заключается в определении однородности инженерно-геологических элементов с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости. Проводится обследование, включающее инженерно-геодезические и инженерно-геологические изыскания, получение геометрических и физических параметров, определяющих состояние объекта транспортной инфраструктуры, на основе которых создается его компьютерная модель. Компьютерная модель позволяет рассчитать зависимости вибродинамических величин от нагрузки, создаваемой транспортными средствами. Полученные зависимости сравниваются с измеренной вибродинамической величиной, на основе чего определяется нагрузка, действующая на объект транспортной инфраструктуры в данный момент времени. На основе определенных геометрических, физических параметров и нагрузки рассчитывается коэффициент устойчивости объекта транспортной инфраструктуры при данной скорости движения транспортного средства. Технический результат заключается в повышении точности определения коэффициента устойчивости объекта транспортной инфраструктуры.

 

Изобретение относится к способам оценки и контроля состояния объектов транспортной инфраструктуры автомобильных и железных дорог. Предлагаемое изобретение может быть использовано для прогнозирования возможности разрушения объекта транспортной инфраструктуры.

Конструкционные слои автомобильных и железнодорожных дорог являются основанием для верхнего строения пути и включают в себя ряд инженерных сооружений, рассчитанных на длительный срок службы. При этом в процессе эксплуатации они имеют свойство видоизменяться, происходит это главным образом вследствие влияния погодно-климатических факторов и динамического воздействия транспортных средств на основную площадку земляного полотна.

Увеличение эффективности перевозочного процесса в последние годы во многом связано с использованием грузовых транспортных средств нового поколения, создающих повышенные нагрузки на объект транспортной инфраструктуры. Возрастание скорости движения транспортных средств и осевых нагрузок усложняет текущее содержание дорог и повышает риск расстройства пути [1]. Кроме этого, транспортные средства, являясь источниками вибродинамического воздействия, вызывают пульсацию напряжений [2] в конструкционных слоях, в результате чего могут ускоряться процессы образования и накопления остаточных деформаций, приводящие к активизации деструктивных процессов в теле объекта транспортной инфраструктуры и повышающие вероятность его разрушения.

Предлагаемое изобретение направлено на решение проблемы повышения безопасности движения транспортных средств на участках автомобильных и железных дорог в сложных природных условия, с повышенными рисками разрушения объекта транспортной инфраструктуры.

Для решения этой задачи необходимо проведение оценки динамического воздействия транспортных средств на объект инженерной инфраструктуры, которое в случае достижения предельных значений может приводить к его разрушению.

Предлагаемый способ решает задачу оценки динамического воздействия транспортных средств на объект инженерной инфраструктуры и предлагает метод управления скоростным режимом движения транспортных средств как средство снижения динамических нагрузок.

Известен способ исследования динамических характеристик взаимодействия железнодорожного подвижного состава и рельсового пути (патент RU 2325627, C1), в соответствии с которым решается задача обеспечения возможности поточных исследований динамических характеристик взаимодействия подвижного состава и рельсового пути при стационарном расположении измерительной оснастки и средств исследования. В основе способа лежит принцип, по которому возмущающий импульс сообщается транспортному средству или его физической модели со стороны колесной пары, взаимодействующей с рельсовым путем. Взаимодействие с колесом транспортного средства осуществляется на горизонтальном участке подвижного рельсового пути с возможностью обеспечения регулировки упругости основания, имитации уклонов и превышения рельсов, а также интенсивности и направленности силового взаимодействия колеса и рельса; при этом минимальная протяженность этого участка соответствует длине стандартного рельса.

Не смотря на возможность оценки динамических характеристик взаимодействия транспортного средства и рельсового пути, данный способ не позволяет оценить вероятность разрушения объекта транспортной инфраструктуры при динамическом воздействии транспортных средств. В известном способе оценивается воздействие рельсового пути на колесную пару транспортного средства и производится измерение динамических характеристик этого взаимодействия. На основе этих характеристик невозможно принятие решений по изменению, в частности, скоростного режима движения транспортных средств. В рамках данного способа не проводится оценки динамического воздействия транспортного средства на конструкционные слои (земляное полотно) железных дорог. Таким образом, невозможно на основе получаемых характеристик проводить оценку вероятности разрушения объекта транспортной инфраструктуры.

Известен способ мониторинга безопасности грунтовых плотин и устройство для его осуществления (патент RU 2393290, C2), в соответствии с которым осуществляется контроль возникновения и распространения деформаций в теле грунтовой плотины. Способ мониторинга включает установку базовых свай и регистрацию смещений грунта. Между сваями натягивают трос и заключают его в хрупкую известково-цементную облицовку-шлейф, тесно связанную с поверхностью грунта откоса плотины. Регистрацию смещений грунта проводят по изменению длины троса с помощью светозвуковой сигнализации. Место смещений грунта устанавливают по трещинам, возникающим на облицовке.

Представленный способ позволяет проводить мониторинг развития деформации в теле объекта транспортной инфраструктуры. Описание известного способа указывает на периодический контроль состояния объекта инженерной инфраструктуры, который является длительным во времени (до 3 месяцев). Таким образом, данный способ не позволяет отслеживать возникновение внезапных деформаций, обусловленных динамическим воздействие транспортных средств. Вместе с тем, наиболее опасными для стабильности объекта транспортной инфраструктуры в целом и откосных частей в частности являются внезапные деформации, вызванные явлением резонанса, обусловленным совпадением частот динамического воздействия с собственными частотами колебаний объекта транспортной инфраструктуры. Таким образом, указанный способ не позволяет определять динамическое воздействие транспортных средств на объект транспортной инфраструктуры и проводить оценку вероятности его разрушения.

Анализ аналогов показывает, что существующие известные способы оценки состояния объекта транспортной инфраструктуры, при различного рода воздействиях на него, не позволяют, тем не менее, оценить динамическое воздействие транспортных средств на тело инженерного объекта, в данный момент времени, и определить тем самым вероятность его разрушения. В существующих методиках по определению коэффициента устойчивости [3] учет динамического воздействия производится через коэффициент, увеличивающий статическую нагрузку на объект транспортной инфраструктуры. Данный коэффициент определяется в зависимости от типа грунта. При этом указанный коэффициент не учитывает параметры состояния объекта транспортной инфраструктуры в данный момент времени и не позволяет определять динамическую нагрузку, возникающую от движущихся транспортных средств. Таким образом, известные способы оценки коэффициента устойчивости не позволяют определить его в данный момент времени, и тем самым отсутствует возможность принятия своевременных управленческих решений, которые предотвратят развитие деструктивных процессов в теле объекта транспортной инфраструктуры.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является выбранный в качестве прототипа способ обследования геомассивов, подверженных оползневым явлениям (патент RU 2130527, C1). Использованный в прототипе способ обследования заключается в зондировании геомассивов на заданных глубинах, определении прочности, порового давления и однородности инженерно-геологических элементов, в том числе ослабленных зон, с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости, при этом обследование геомассива проводится циклами, для каждого цикла дополнительно измеряется температура обследуемого геомассива, по результатам измерений циклов выполняется построение геополей, используя принцип суперпозиции, определяют поверхности скольжения и рассчитывают статистические оценки прочности, порового давления однородности и температуры, при этом при снижении статистических оценок прочности, повышении статистических оценок порового давления, увеличении размеров ослабленных зон не менее чем на 10% интервал между циклами обследования уменьшают вдвое.

Данный способ оценки состояния объекта транспортной инфраструктуры не учитывает основную причину повышения вероятности их разрушения, а именно динамическое воздействие подвижного состава и выявление развития резонансных явлений, приводящих к разрушению откосной части объекта транспортной инфраструктуры. Кроме того, развитие данных процессов может протекать в ускоренном режиме, что не может быть выявлено с использованием представленного способа. Динамическое воздействие на объекты транспортной инфраструктуры является основным фактором развития внезапных деформаций. Таким образом, основным недостатком известного способа является невозможность определения динамической нагрузки на объект транспортной инфраструктуры в данный момент времени, что не позволяет определить коэффициент устойчивости откосов с учетом динамического воздействия транспортных средств.

Суть предлагаемого способа заключается в проведении комплексного обследования выбранного объекта транспортной инфраструктуры, включающего инженерно-геодезические и инженерно-геологические изыскания, получение геометрических и физических параметров, определяющих его состояние. На основе полученных параметров создается компьютерная модель объекта транспортной инфраструктуры, позволяющая, с учетом сезонных факторов (температура, влажность тела объекта транспортной инфраструктуры), рассчитать зависимости вибродинамических величин (виброперемещений, виброскоростей и виброускорений) от нагрузки (статической и динамической), создаваемой транспортными средствами.

Для определения нагрузки, создаваемой транспортными средствами, на инженерное сооружение в данный момент времени производится сопоставление рассчитанной вибродинамической зависимости и измеренной вибродинамической величины (виброперемещений, виброскоростей и виброускорений). По результатам сопоставления определятся нагрузка, создаваемая транспортными средствами, в данный момент времени. На основе определенной, в данный момент времени, нагрузки от движущихся транспортных средств, геометрических и физических параметров состояния объекта транспортной инфраструктуры определяется коэффициент устойчивости. На основе полученной зависимости коэффициента устойчивости от скорости движения транспортных средств определяется скорость, при которой коэффициент устойчивости становится минимальным, что соответствует состоянию объекта транспортной инфраструктуры, близкому к разрушению.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения коэффициента устойчивости объекта транспортной инфраструктуры в зависимости от его состояния и сезонных факторов, что обеспечивается проведением инженерно-геодезических и инженерно-геологических изысканий, получением геометрических и физических параметров, созданием его компьютерной модели, учитывающей сезонные факторы, и определением на ее основе динамической нагрузки, возникшей при движении транспортных средств по объекту инженерной инфраструктуры в данный момент времени.

Предложенное решение по определению коэффициента устойчивости позволяет установить его зависимость от скорости движения транспортных средств и определить скорость, при которой коэффициент устойчивости становится минимальным, что соответствует состоянию объекта транспортной инфраструктуры, близкому к разрушению. Таким образом, своевременно могут быть приняты решения по ограничению скорости движения транспортных средств с целью снижения нагрузки на объект транспортной инфраструктуры и недопущения его разрушения.

Литература

1. Серебряников И.В. Об усилении земляного полотна / И.В. Серебряников. - Путь и путевое хозяйство, 2006. №1. С.34-36.

2. Коншин Г.Г. Диагностика земляного полотна железных дорог/ Г.Г. Коншин. - М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 200 с.

3. СП 32-104-98.

Способ оценки состояния объекта транспортной инфраструктуры, заключающийся в определении однородности инженерно-геологических элементов с последующим выбором поверхности скольжения и расчетом коэффициента устойчивости, отличающийся тем, что проводится обследование, включающее инженерно-геодезические и инженерно-геологические изыскания, получение геометрических и физических параметров, определяющих состояние объекта транспортной инфраструктуры, на основе которых создается его компьютерная модель, позволяющая, с учетом сезонных факторов (температура, влажность тела объекта транспортной инфраструктуры), рассчитать зависимости вибродинамических величин (виброперемещений, виброскоростей и виброускорений) от нагрузки (статической и динамической), создаваемой транспортными средствами, затем полученные зависимости сравниваются с измеренной вибродинамической величиной (виброперемещений, виброскоростей и виброускорений), на основе чего определяется нагрузка, действующая на объект транспортной инфраструктуры в данный момент времени, создаваемая транспортными средствами, далее на основе определенных геометрических, физических параметров и нагрузки рассчитывается коэффициент устойчивости объекта транспортной инфраструктуры при данной скорости движения транспортного средства, что позволяет определить зависимость коэффициента устойчивости от скорости транспортного средства и контролировать скоростной режим движения транспортных средств, устанавливая ограничения на скорость их движения по объекту транспортной инфраструктуры в соответствии с минимальным коэффициентом устойчивости для него в данный момент времени.