Постановка задачі моделювання зсувних процесів в малозв’язних пластичних ґрунтах

Заголовок (англійською): 
Statement of the problem of simulation of shear processes in low-colusion plastics oils
Автор(и): 
Солодей І.І.
Петренко Е.Ю.
Павленко В.М.
Автор(и) (англ): 
Solodei I.I.
Petrenko E.Yu.
Pavlenko V.M.
Ключові слова (укр): 
зсуви, моделювання схилів, дилатансія, коефіцієнт стійкості, методи розрахунку схилів, МСЕ
Ключові слова (англ): 
landslides, modelling of slopes, dilatancy, coefficient of stability, methods of calculating slopes, FEM
Анотація (укр): 
В статті розглянуто питання моделювання зсувних процесів в пластичних ґрунтах. Особливістю і головною складністю моделювання зсувних процесів є необхідність врахування значної кількості різноманітних природних і техногенних впливів на схил, кожен із яких може значною мірою впливати на його загальну стійкість. Також важливе значення має врахування не лише поточного стану схилу, а і прогнозування факторів, що можуть впливати на нього з плином часу. В такому випадку виправданим може бути створення комплексних моделей, що включають декілька взаємопов’язаних підмоделей для опису різних фізичних явищ. Враховуючи складність розрахунків для визначення стійкості схилу або зсувного тиску на конструкції інженерного захисту не дивним є той факт, що всі розрахункові методи спираються на ряд припущень при побудові розрахункових моделей для опису фізичних явищ і зменшення трудомісткості обчислень. Проте варто відмітити, що моделювання нелінійної поведінки ґрунтів і використання моделей, які більш точно описують фізичні явища і процеси, що протікають в схилах, може значної мірою впливати на результати розрахунків. В статті приведені основні співвідношення математичної моделі пружно пластично-пластичного деформування ґрунтів. Наведенні співвідношення дозволяють врахувати такі явища як дилатансія і контратансія, що дає змогу більш точно моделювати напружено-деформований стан ґрунтового середовища, розподілення тиску в ґрунті з урахуванням зміни фізико-механічних властивостей в процесі деформування. В статті обрано метод скінчених елементів як найбільш ефективний метод чисельного моделювання зсувних процесів. Наведено певні аспекти реалізації розрахунків на основі комплексної моделі і обґрунтування визначення коефіцієнту стійкості схилу в рамках даного методу.
Анотація (англ): 
The article deals with the issue of modelling shear processes in plastic soils. The peculiarity and main difficulty of modelling landslide processes is the need to take into account a large number of various natural and technogenic influences on the slope, each of which can significantly affect its overall stability. It is also important to take into account not only the current state of the slope but also the forecasting of factors that may affect it over time. In this case, it may be justified to create complex models that include several interconnected sub-models to describe various physical phenomena. Considering the complexity of calculations to determine the stability of the slope or shear pressure on engineering protection structures, it is not surprising that all calculation methods rely on some assumptions when building calculation models to describe physical phenomena and reduce the complexity of calculations. However, it should be noted that the modelling of the non-linear behaviour of soils and the use of models that more accurately describe physical phenomena and processes occurring on slopes can significantly affect the results of calculations. The article presents the main relationships of the mathematical model of elastic-plastic deformation of soils. The given ratios allow taking into account such phenomena as dilatancy and contraction, which makes it possible to more accurately model the stress-strain state of the soil medium, the distribution of pressure in the soil, taking into account the change in physical and mechanical properties during the deformation process. In the article, the finite element method is chosen as the most effective method of numerical modelling of shear processes. Certain aspects of the implementation of calculations based on a complex model and the justification for determining the coefficient of slope stability within the framework of this method are presented.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2023, number 110
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
04-110_solodey_i.i._petrenko_e.yu_._pavlenko_v.m.pdf
Дата публікації: 
14 Сентябрь 2023
Номер збірника: 
110
Розділ: 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2023, номер 110
Університет автора: 
Київський національний університет будівництва і архітектури Повітрофлотський просп., 31, м. Київ. 03680
Литература: 
  1. Бишоп А.У. Параметры прочности при сдвиге ненарушенных и мятых образцов грунта // Определяющие законы механики грунтов. - М.: Мир, 1975. -С. 7-75.
  2. Бойко И.П. Прогрессивные методы проектирования оснований фундаментов на ЭВМ. – К.: Знание, 1986. - 20 с.
  3. Бойко И.П., Дельник А.Е., Козак А.Л., Сахаров А.С., Семенец И.А. Методика численного моделирования развития зон предельного состояния в грунтах оснований по МКЭ. – Киев: Инж.-строит. Ин-т. Киев, 1983. - 46 с.
  4. Бугров А.К. О решении смешанной задачи теории упругости и теории пластичности грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1974. - № 6. - С. 20-23.
  5. Блох В.И. Теория упругости .- Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1964. –483c.
  6. Гольдин А.Л., Прокопович В.С., Сапегин Д.Д. Упругопластическое деформирование основания жестким штампом // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1983. -  № 5. - С. 25-26.
  7. Зарецкий Ю.К., Ломбардо В.Н. Статика и динамика грунтовых плотин. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 255 с.
  8. Койтер В.Т. Общие теоремы теории упруго-пластических сред. - М.: Изд-во иностр. лит., 1961. - 79 с.
  9. Крыжановский А.Л., Куликов О.В. К расчету устойчивости откосов // Гидротехническое строительство. - 1977. - № 5. -С. 38-44.
  10. Ломбардо В.Н., Грошев М.Е., Олимпиев Д.Н. Учет напряженно-деформированного состояния при расчетах устойчивости грунтовых плотин // Гидротехническое строительство. - 1986. - № 7. С. 16-18.
  11. Мруз З., Шиманский Ч. Неассоциированный закон течения в описании пластического течения гранулированных сред. – В кн.: Механика гранулированных сред, М., Мир, вып. 36, 1985. - С. 9-43.
  12. Николаевский В.Н. Дилатансия и законы необратимого деформирования грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1979. - № 5. - С. 29-32.
  13. Николаевский В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред. – М.: Недра, 1984. -232 с.
  14. Николаевский В.Н. Определяющие уравнения пластического деформирования сыпучей среды. – ПММ, 1971, т. 35, - № 6. - С. 1070-1082.
  15. Николаевский В.Н., Сырников Н.М., Щефтер Г.М. Динамика упруго-пластических дилатирующих сред. – В кн.: Успехи механики деформируемых сред, М.: Наука, 1975. - С. 397-413.
  16. Райс Дж. Механика очага землетрясения. – М., Мир, 1982. - 217 с.
  17. Роско К. Значение деформаций в механике грунтов. – В кн.: Механика, М., Мир, 1971. -  № 3 (127). - С. 91-145.
  18. Сахаров А.С. Моментная схема конечных элементов МСКЭ с учетом жестких смещений // Сопротивление материалов и теория сооружений. - 1974. - Вып.24. - С.147-156.
  19. Сахаров А.С., Бойко И.П., Козак А.Л., Дельник А.Е. Методика численного моделирования нелинейного деформирования основания на примере заглубленных штампов. – В кн.: Основания и фундаменты, вып. 19, К., Будівельник, 1986. - С. 57-59.
  20. Сахаров А.С., Бойко И.П., Козак А.Л., Дельник А.Е. Различные соотношения теории пластического течения в задачах физически нелинейного деформирования грунтов оснований. – В кн.: Актуальные проблемы прочности. Тезисы докладов к Х семинару по теме «Пластичность материалов и конструкций», Тарту, 1985. - С. 107-108.
  21. Сахаров А.С., Кислоокий В.Н., Киричевский В.В. и др. Метод конечных элементов в механике твердых тел - Киев: Вища школа, 1982.- 479с.
  22. Сидоров Н.И., Спидин В.П. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов. – Л., Стройиздат, 1972. - 136 с.
  23. Солодей І.І., Петренко Е.Ю., Павленко В.М. Класифікація і причини виникнення зсувних процесів та методи розрахунку схилів // Опірматеріалів і теоріяспоруд: наук.-тех. збірник – К.: КНУБА, 2022. – Вип. 109.– С. 184-202. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.109.184-202
  24. Строганов А.С. Анализ плоской пластической деформации грунта. – Инженерный журнал. – 1965. -  том 5, вып. 4. -  С. 734-742.
  25. Широков В.Н. Модель песчаного грунта. – В кн.: Современные проблемы нелинейной механики грунтов, Челябинск, ЧПИ, 1985. -С. 27-28.
  26. Negre M.R., P. Stuts. Contribution a l’etude des foundations de revolution dandh’hypothese de la plasticite parfait // Int. J. Solids and Struct. – 1970. - № 1. - pр. 53-68.
  27. Skempton A.W., Bishop A.W. Measutment of shear strength of Soils. – Geotechnique, 1950. - v. 2, № 2. - P. 113.
  28. Solodei I.I., Petrenko E.Yu., Zatyliuk Gh.A. The stress-strain state investigation of underground structures on the basis of soil models with adjusted input parameters //  Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – K:KNUBA, 2019. – Issue103.–pp. 63-70. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2019.103.63-70
  29. Solodei I.I., Petrenko E.Yu., Zatyliuk Gh.A. Nonlinear problem of structural deformationin interaction with elastoplastic medium // Strength of Materials and Theory of Structures : Scientific-and-technical collected articles – K:KNUBA, 2020. – Issue105 – pp48–63.https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.48-63
  30. Vermeer P.A., De Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock. – “Heron”, 1984. - v. 29, № 3. - P. 1-63.
  31. Pasternack S.O. Numerical methods in the stability analysis of slopes // Civil - Couip 87: Proc 3rd Int. Conf. Civ, an Struct. Eng. Comput. - London, 22nd - 24th Sept. - 1987. Vole 1. - pp. 307-314.
  32. Zienkiewicz O.C., Chang C.T., Hinton E. Non-linear seismic response and liquefaction // Intern. J. Numer. and Anal. Meth. Geomech. - 1978. - v. 2, №4. - pp. 381-404.
  33.  ДБНВ.1.1-46:2017 Інженерний захист територій, будівель і споруд від зсувів та обвалів. Основні положення. – К.: МінрегіонбудУкраїни, 2017. – 47 с.
 
References: 
  1. Bishop A.U. Parametry prochnosti pri sdvihe nenarushennykh i miatykh obraztsov hrunta (Shear strength parameters of undisturbed and crumpled soil samples) // Opredeliaiushchie zakony mekhaniki hruntov. - M.: Mir, 1975. - S. 7-75.
  2. Boiko I.P. Prohressivnye metody proektirovaniia osnovanii fundamentov na EVM (Progressive methods for designing foundations on a computer). – K.: Znanie, 1986. - 20 s.
  3. Boiko I.P., Delnik A.E., Kozak A.L., Sakharov A.S., Semenets I.A. Metodika chislennoho modelirovaniia razvitiia zon predelnoho sostoianiia v hruntakh osnovanii po MKE (Numerical modeling technique for the development of limit state zones in foundation soils according to the FEM). – Kiev: Inzh.-stroit. In-t. Kiev, 1983. - 46 s.
  4. Buhrov A.K. O reshenii smeshannoi zadachi teorii upruhosti i teorii plastichnosti hruntov (On the solution of a mixed problem of the theory of elasticity and the theory of plasticity of soils) // Osnovaniia, fundamenty i mekhanika hruntov. – 1974. - № 6. - S. 20-23.
  5. Blokh V.I. Teoriia upruhosti (Theory of elasticity). - Kharkov: Izd-vo Khark. un-ta, 1964. – 483c.
  6. Holdin A.L., Prokopovich V.S., Sapehin D.D. Upruhoplasticheskoe deformirovanie osnovaniia zhestkim shtampom (Elastic-plastic deformation of the base by a rigid stamp)// Osnovaniia, fundamenty i mekhanika hruntov. – 1983. -  № 5. - S. 25-26.
  7. Zaretskii Yu.K., Lombardo V.N. Statika i dinamika hruntovykh plotin (Statics and dynamics of earth dams). - M.: Enerhoatomizdat, 1983. - 255 s.
  8. Koiter V.T. Obshchie teoremy teorii upruho-plasticheskikh sred (General theorems of the theory of elastic-plastic media). - M.: Izd-vo inostr. lit., 1961. - 79 s.
  9. Kryzhanovskii A.L., Kulikov O.V. K raschetu ustoichivosti otkosov (To the calculation of slope stability) // Hidrotekhnicheskoe stroitelstvo. - 1977. - № 5. - S. 38-44.
  10. Lombardo V.N., Hroshev M.E., Olimpiev D.N. Uchet napriazhenno-deformirovannoho sostoianiia pri raschetakh ustoichivosti hruntovykh plotin (Accounting for the stress-strain state in calculating the stability of earth dams)// Hidrotekhnicheskoe stroitelstvo. - 1986. - № 7. S. 16-18.
  11. Mruz Z., Shimanskii Ch. Neassotsiirovannyi zakon techeniia v opisanii plasticheskoho techeniia hranulirovannykh sred (Non-associated flow law in the description of plastic flow of granular media). – V kn.: Mekhanika hranulirovannykh sred, M., Mir, vyp. 36, 1985. -  S. 9-43.
  12. Nikolaevskii V. N. Dilatansiia i zakony neobratimoho deformirovaniia hruntov (Dilatancy and laws of irreversible soil deformation) // Osnovaniia, fundamenty i mekhanika hruntov. – 1979. - № 5. - S. 29-32.
  13. Nikolaevskii V.N. Mekhanika poristykh i treshchinovatykh sred(Mechanics of porous and fractured media). – M.: Nedra, 1984. - 232 s.
  14. Nikolaevskii V.N. Opredeliaiushchie uravneniia plasticheskoho deformirovaniia sypuchei sredy(Constitutive equations of plastic deformation of a granular medium). – PMM, 1971, t. 35, - № 6. - S. 1070-1082.
  15. Nikolaevskii V.N., Syrnikov N.M., Shchefter H.M. Dinamika upruho-plasticheskikh dilatiruiushchikh sred (Dynamics of elastic-plastic dilating media). – V kn.: Uspekhi mekhaniki deformiruemykh sred, M.: Nauka, 1975. - S. 397-413.
  16. Rais Dzh. Mekhanika ochaha zemletriaseniia (The mechanics of the earthquake source). – M., Mir, 1982. - 217 s.
  17. Rosko K. Znachenie deformatsii v mekhanike hruntov (Importance of deformations in soil mechanics). – V kn.: Mekhanika, M., Mir, 1971. -  № 3 (127). - S. 91-145.
  18. Sakharov A.S. Momentnaia skhema konechnykh elementov MSKE s uchetom zhestkikh smeshchenii (Moment scheme of finite elements of MSFE taking into account rigid displacements) // Soprotivlenie materialov i teoriia sooruzhenii. - 1974. - Vyp.24. - S.147-156.
  19. Sakharov A.S., Boiko I.P., Kozak A.L., Delnik A.E. Metodika chislennoho modelirovaniia nelineinoho deformirovaniia osnovaniia na primere zahlublennykh shtampov (Technique for numerical simulation of nonlinear deformation of the base on the example of buried stamps). – V kn.: Osnovaniia i fundamenty, vyp. 19, K., Budivelnik, 1986. - S. 57-59.
  20. Sakharov A.S., Boiko I.P., Kozak A.L., Delnik A.E. Razlichnye sootnosheniia teorii plasticheskoho techeniia v zadachakh fizicheski nelineinoho deformirovaniia hruntov osnovanii (Different relationships of the theory of plastic flow in problems of physically nonlinear deformation of foundation soils). – V kn.: Aktualnye problemy prochnosti. Tezisy dokladov k Kh seminaru po teme «Plastichnost materialov i konstruktsii», Tartu, 1985. - S. 107-108.
  21. Sakharov A.S., Kislookii V.N., Kirichevskii V.V. i dr. Metod konechnykh elementov v mekhanike tverdykh tel (Finite element method in solid mechanics) - Kiev: Vishcha shkola, 1982. - 479s.
  22. Sidorov N.I., Spidin V.P. Sovremennye metody opredeleniia kharakteristik mekhanicheskikh svoistv hruntov (Modern methods for determining the characteristics of the mechanical properties of soils). – L., Stroiizdat, 1972. - 136 s.
  23. Solodei I.I., Petrenko E.Iu., Pavlenko V.M. Klasyfikatsiia i prychyny vynyknennia zsuvnykh protsesiv ta metody rozrakhunku skhyliv (Classification and causes of shearing processes and methods of calculating slopes) // Opir materialiv i teoriia sporud: nauk.- tekh. zbirnyk – K.: KNUBA, 2022. – Vyp. 109.– S. 184-202. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2022.109.184-202
  24. Strohanov A.S. Analiz ploskoi plasticheskoi deformatsii hrunta (Analysis of plane plastic deformation of soil). – Inzhenernyi zhurnal. – 1965. -  tom 5, vyp. 4. -  S. 734-742.
  25. Shirokov V.N. Model peschanoho hrunta (Sandy soil model). – V kn.: Sovremennye problemy nelineinoi mekhaniki hruntov, Cheliabinsk, ChPI, 1985. - S. 27-28.
  26. Negre M. R., Stuts P. Contribution à l'étude des fondations de révolution dans l'hypothèse de la plasticité parfaite // Int. J. Solids and Struct. – 1970. - v.6 - № 1. - pр. 53-68.
  27. Skempton A.W., Bishop A.W. Measutment of shear strength of Soils. – Geotechnique, 1950. - v. 2, № 2. - P. 113.
  28. Solodei I.I., Petrenko E.Yu., Zatyliuk Gh.A. The stress-strain state investigation of underground structures on the basis of soil models with adjusted input parameters //  Strength of Materials and Theory of Structures: Scientific-and-technical collected articles – K:KNUBA, 2019. – Issue 103.– pp. 63-70. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2019.103.63-70
  29. Solodei I.I., Petrenko E.Yu., Zatyliuk Gh.A.. Nonlinear problem of structural deformation in interaction with elastoplastic medium // Strength of Materials and Theory of Structures : Scientific-and-technical collected articles – K:KNUBA, 2020. – Issue 105 –  pp 48–63. https://doi.org/10.32347/2410-2547.2020.105.48-63
  30. Vermeer P.A., De Borst R. Non-associated plasticity for soils, concrete and rock. – “Heron”, 1984. -  v. 29, № 3. -  P. 1-63.
  31. Pasternack S.0. Numerical methods in the stability analysis of slopes // Civil - Couip 87: Proc 3rd Int. Conf. Civ, an Struct. Eng. Comput. - London, 22nd - 24th Sept. - 1987. Vole 1. - PP. 307-314.
  32. Zienkiewicz O.C., Chang C.T., Hinton E. Non-linear seismic response and liquefaction // Intern. J. Numer. and Anal. Meth. Geomech. - 1978. - v. 2, №4. - P. 381-404.
  33. DBN V.1.1-46:2017 Inzhenernyi zakhyst terytorii, budivel i sporud vid zsuviv ta obvaliv. Osnovni polozhennia. – K.: Minrehionbud Ukrainy, 2017. – 47 s.