519.6 + 624.131.37 Математическое моделирование роста порового давления в грунтах при приложении динамической нагрузки
Тишин Н. Р. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Пролетарский А. В. (МГТУ им.Н.Э.Баумана), Озмидов О. Р. (АО МОСТДОРГЕОТРЕСТ)
РАЗЖИЖЕНИЕ ГРУНТОВ, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ
doi: 10.18698/2309-3684-2025-2-5067
В данной статье рассматривается математическое моделирование роста порового давления в грунтах под воздействием динамических нагрузок. Исследование сосредоточено на оценке и сравнении трех моделей: CPT модели Ма и Ванга, расширенной CPT модели и логарифмической модели, которые предназначены для описания поведения порового давления в условиях длительного циклическом нагружении. Для проверки моделей были использованы лабораторные данные, полученные в результате испытаний на штормовое разжижение шести образцов грунта из одного объекта, подверженного штормовому воздействию. Для оценки качества математических моделей применялась оценка нормированного численного интеграла функции ошибки. Результаты показали, что модифицированная CPT модель подходит для моделирования роста порового давления при большом числе циклов нагружения в случае асимптотически стационарной системы, в то время как логарифмическая модель позволяет описывать нестационарные системы, в которых проявляются такие процессы, как медленный рост порового давления при большом цикле циклов нагружения, так и процесс диссипации порового давления. Исследование также выявило ограничения экспоненциальных и гиперболических моделей в описании длительных динамических процессов, и предложило пути улучшения их применения для сложных геотехнических условий. Авторы отмечают значимость представленных выводов для оценки рисков разжижения грунтов, а также совершенствования методов проектирования и устойчивости инженерных сооружений, подверженных динамическим воздействиям, таким как сейсмические и вибрационные нагрузки. В статье обсуждаются пути дальнейшего развития моделей, включая адаптацию для неоднородных грунтов и мультициклических нагрузок, что позволит точнее учитывать вариативность физических и механических характеристик грунтов. Результаты исследования поддерживают потенциальное применение предложенных моделей в инженерной практике, обеспечивая более точное прогнозирование и снижение рисков разрушения грунтов под воздействием различных динамических факторов.
[1] Крамаренко В.В. Грунтоведение. Москва, Юрайт, 2020, 430 с.
[2] https://geoinfo.ru/product/boldyrev-gennadij-grigorevich/ocenka-potenciala-gruntov-k-razzhizheniyu-40984.shtml. Дата обращения 20 июня 2019.
[3] Моргунов К.П., Колосов М.А. Проблемы разжижения грунтов в основаниях гидротехнических сооружений. Наука и техника, 2022, т. 21, № 3, с. 201-210.
[4] Chen G.X., Liu X.Z. Testing Study on Ratio of Dynamic Shear Moduli and Ratio of Damping for Deposited Soils in Nanjing and Its Neighboring Areas. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2004, vol. 23, no. 8, pp. 1403–1410.
[5] Cao Y.C., Wang T.L. Shanghai Dizhi, 1998, vol. 67, no. 60.
[6] Qi W.H., Bo J.S. A new soil dynamic constitutive model. Journal of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 2009, vol. 29, no. 1, pp. 169-174.
[7] Ohara S., Matsuda H. Study on the settlement of saturated clay layer induced by cyclic shear. Soils and Foundations, 1988, vol. 28, no. 3, pp. 103–113.
[8] Paul M., Sahu R. B., Banerjee G. Undrained pore pressure prediction in clayey soil under cyclic loading. International Journal of Geomechanics, 2014, vol. 5, no. 5, art. 04014082.
[9] Ma X. J., Wang W., Li N., Song X. J., Xu H. B. Composite model for dynamic pore water pressure developing process of soft soil under cyclic loading. Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 2015, vol. 38, no. 2, p. 12–17.
[10] Chen J., Fu Z., Chen S., Shi B. A method to estimate dynamic pore water pressure growth of saturated sand-gravel materials. Applied Sciences, 2024. — vol. 14, no. 17, art. 7909.
[11] Dong Q., Zhou Z., Li X., Hao B., Jin L. Soil dynamic constitutive considering post-liquefaction deformation and reversible pore-water pressure. Sustainability, 2022, vol. 14, no. 24, art. 16512.
[12] Stokes Z., Mandal A., Wong W. Using differential evolution to design optimal experiments. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2020, vol. 199, art. 103955.
[13] Moré J. J. The Levenberg-Marquardt Algorithm: Implementation and Theory. Numerical Analysis, 1978, vol. 630, pp. 105-116.
[14] Conn A. R., Gould N.I.M., Toint P.L. Trust Region Methods. Cambridge, Cambridge University Press, 2000. DOI:10.1137/1.9780898719857.
[15] Тишин Н. Р., Озмидов О. Р., Пролетарский А. В. Система комплексного хранения данных геологических лабораторных испытаний. Моделирование, оптимизация и информационные технологии, 2024, т. 12, № 1. DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.007.
[16] Liyanapathirana, D.S., and Poulos, H.G. A numerical model for dynamic soil liquefaction analysis. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 2002, vol. 22, iss. 9-12, pp. 1007-1015.
Тишин Н.Р., Пролетарский А.В., Озмидов О.Р. Математическое моделирование роста порового давления в грунтах при приложении динамической нагрузки. Математическое моделирование и численные методы, 2025, № 2, с. 50–67.
Скачать статью
Количество скачиваний: 5