vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2023-25-6-152-168WIGSTFvestniktgasu-1587Research ArticleОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ, ПОДЗЕМНЫЕ СООРУЖЕНИЯBASES, FOUNDATIONS AND SUBSTRUCTURESОценка надежности свайного основания в Арктической зоне РФ (ТГАСУ, НИ ТПУ, г. Томск)Reliability of pile foundations in the Arctic zone of the Russian Federation (Tomsk)https://orcid.org/0000-0002-4334-508XБурковП. В.BurkovР. V.

Бурков Петр Владимирович, докт. техн. наук, ст. научный сотрудник; профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2;

634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Petr V. Burkov, DSc, Professor

30, Lenin Ave., 634003, Tomsk;

2, Solyanaya Sq., 634050, Tomsk

burkovpv@mail.ruВолковА. Э.VolkovА. Е.

Волков Александр Эдуардович, аспирант

 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30

Aleksandr E. Volkov, Research Assistant

30, Lenin Ave., 634050, Tomsk,

A_E_Volkov@inbox.ruТомский государственный архитектурно-строительный университет; Национальный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic University; Tomsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationНациональный исследовательский Томский политехнический университетРоссияNational Research Tomsk Polytechnic UniversityRussian Federation202326122023256152168Copyright © Бурков П.В., Волков А.Э., 20242024Бурков П.В., Волков А.Э.Burkov Р.V., Volkov А.Е.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/1587Актуальность

Актуальность. Одной из основных проблем, связанных с эксплуатацией строительных сооружений на поверхности в пределах криолитозоны, является деформация опорных систем вследствие изменения геометрических параметров грунта. Применяемые сегодня методы оценки технического состояния зданий, сооружений и опорных систем не универсальны. Одним из важных показателей при эксплуатации зданий и сооружений, позволяющих определить техническое состояние системы «многолетнемерзлый грунт – свайное основание – сооружение», является амплитуда колебаний опорной конструкции.

Цель исследования

Цель исследования: проведение всесторонней оценки надежности свайного основания в Арктической зоне Российской Федерации.

Для сбора данных об условиях в реальном времени использовались современные методы мониторинга и дистанционного зондирования.

Результаты

Результаты. Произведено численное моделирование, позволяющее оценить долгосрочные тенденции в изменении метеорологических параметров и их влияние на свайные основания. Разработаны новые методы и технологии для повышения устойчивости свайных конструкций в условиях морозного климата и перманентного мерзлотного грунта.

Основные результаты данного исследования могут быть применены при эксплуатации и проектировании зданий и сооружений в условиях постоянной мерзлоты. Более того, эти результаты могут быть использованы для разработки новых технологий и техники, способных увеличить эффективность работы в нефтегазовой отрасли и других областях, связанных с использованием инженерных сооружений в Арктической зоне России.

One of the main problems associated with the operation of building structures in permafrost conditions, is the deformation of support systems due to changes in soil geometric parameters. The methods used today for assessing the health of buildings and support systems are not universal. One of the important indicators during the buildings operation, which allows us to determine the health of the permafrost soil–pile foundation–structure system, is the vibrational amplitude of the supporting structure.

Purpose

Purpose: The aim of this work is to conduct a comprehensive analysis of the pile foundation reliability in the Arctic zone of the Russian Federation.

Methodology/approach

Methodology/approach: Modern monitoring and remote sensing technologies are used to collect the real-time data. Numerical modeling was carried out to assess long-term trends in changes in meteorological parameters and their impact on pile foundations. New methods and technologies are developed to improve the stability of pile structures in permafrost conditions and permanently frozen soil.

Practical implications

Practical implications: The obtained results can be used in design and operation of buildings in permafrost conditions. Moreover, these results can be used to develop new technologies and equipment for improving the performance in the oil and gas and other industries relating to engineering structures in the Arctic zone of Russia.

надежностьсвайный фундаментоценка температурного полячисленный экспериментмноголетний мерзлый грунт.reliabilitypile foundationtemperature field assessmentnumerical experimentpermafrost conditionsReferencesAndersland O.B., Ladanyi B. An introduction to frozen ground engineering. Springer Science & Business Media. 2013. 352 p. ISBN 978-1-4757-2292-5.Andersland O.B., Ladanyi B. An introduction to frozen ground engineering. Springer Science+Business Media, 2013. 352 p. ISBN 978-1-4757-2292-5.Ern A., Guermond J. Theory and practice of finite elements. Springer Science & Business Media. 2013. V. 159. 530 p.Ern A., Guermond J. Theory and practice of finite elements. Vol. 159. Springer Science+Business Media, 2013. 530 p.Gornov V.F., Stepanov S.P., Vasilyeva M.V., Vasilyev V.I. Mathematical modeling of heat transfer problems in the permafrost // AIP Conference Proceedings, 2014. V. 1629. I. 1. P. 424–431. DOI: 10.1063/1.4902304Gornov V.F., Stepanov S.P., Vasilyeva M.V., Vasilyev V.I. Mathematical modeling of heat transfer problems in the permafrost. AIP Conference Proceedings. 2014; 1629 (1): 424–431. DOI: 10.1063/1.4902304Hughes T.Jr. The finite element method: linear static and dynamic finite element analysis. Courier Corporation, 2012. 704 p.Hughes T.J.R. The finite element method: Linear static and dynamic finite element analysis. Courier Corporation, 2012. 704 p.Logg A., Mardal K.-A., Wells G. Automated solution of differential equations by the finite element method: The FEniCS book. Springer Science & Business Media, 2012. 732 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23099-8Logg A., Mardal K.-A., Wells G. Automated solution of differential equations by the finite element method: The FEniCS book. Springer Science+Business Media, 2012. 732 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-23099-8Meyer W.J. Concepts of mathematical modeling. Courier Corporation, 2012. 448 p.Meyer W.J. Concepts of mathematical modeling. Courier Corporation, 2012. 448 p.Balay S., Brown J., Buschelman K. et al. PETSc Web page. 2011. URL: http://www.mcs.anl.gov/ petsc (дата обращения: 16.12. 2022).Balay S., Brown J., Buschelman K., et al. PETSc Web page. Available: www.mcs.anl.gov/ petsc (accessed December 16, 2022)Pavlova N.V., Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V. Mathematical modeling of thermal stabilization of vertical wells on high performance computing systems // International Conference on Large-Scale Scientific Computing. Springer. 2013. P. 636–643.Pavlova N.V., Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V. Mathematical modeling of thermal stabilization of vertical wells on high performance computing systems. In: Proc. Int. Conf. ‘LargeScale Scientific Computing’. Springer. 2013. Pp. 636–643.Vabishchevich P.N. Time step for numerically solving parabolic problems // International Conference on Finite Difference Methods. Springer. 2014. P. 96–103.Vabishchevich P.N. Time step for numerically solving parabolic problems. In: Proc. Int. Conf. ‘Finite Difference Methods’. Springer. 2014. Pp. 96–103.Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V., Pavlova N.V. Numerical simulation of thermal stabilization of filter soils // Mathematical Models and Computer Simulations. 2015. V. 7. № 2. P. 154–164.Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V., Pavlova N.V. Numerical simulation of thermal stabilization of filter soils. Mathematical Models and Computer Simulations. 2015; 7 (2): 154–164.Вабищевич П.Н., Варламов С.П., Васильев В.И., Степанов С.П. Математическое моделирование теплового режима железнодорожного полотна в условиях криолитозоны // Вестник Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова. 2013. Т. 10. № 5. С. 5–11.Vabishchevich P.N., Varlamov S.P., Vasiliev V.I., Stepanov S.P. Mathematical modeling of thermal regime of railway track in permafrost conditions. Vestnik Severo-Vostochnogo federalnogo universiteta im. Ammosova. 2013; 10 (5): 5–11. (In Russian)Вабищевич П.Н., Варламов С.П., Васильев В.И., Степанов С.П. Численное моделирование температурного поля многолетнемерзлого грунтового основания железной дороги // Математическое моделирование. 2016. Т. 28. № 10. С. 110–124.Vabishchevich P.N., Varlamov S.P., Vasiliev V.I., Stepanov S.P. Numerical modeling of temperature field of permafrost soil foundation of railway. Matematicheskoe modelirovanie. 2016; 28 (10): 110–124. (In Russian)Крылов Д.А., Сидняев Н.И., Федотов А.А. Математическое моделирование распределения температурных полей // Математическое моделирование. 2013. Т. 25. № 7. С. 3–27.Krylov D.A., Sidnyaev N.I., Fedotov A.A. Mathematical modeling of the distribution of temperature fields. Matematicheskoe modelirovanie. 2013; 25( 7): 3–27. (In Russian)Мещерин И.В., Калмыков А.М., Сидняев Н.И., Федотов А.А., Храпов П.В. Задача определения температурного поля в мерзлых грунтах // Альманах современной науки и образования. 2012. № 7. С. 900–939.Meshcherin I.V., Kalmykov A.M., Sidnyaev N.I. Fedotov A.A., Khrapov P.V. The problem of determining the temperature field in frozen soils. Almanakh sovremennoi nauki i obrazovaniia. 2012; (7): 900–939. (In Russian)Stepanov S.P., Sirditov I.K., Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V. Numerical simulation of heat transfer of the pile foundations with permafrost // International Conference on Numerical Analysis and Its Applications. Springer. 2016. P. 625–632.Stepanov S.P., Sirditov I.K., Vabishchevich P.N., Vasilyeva M.V. Numerical simulation of heat transfer of the pile foundations with permafrost. In: Proc. Int. Conf. ‘Numerical Analysis and its Applications’. Springer. 2016. Pp. 625–632. (In Russian)Голофаст С.Л., Владова А.Ю. Влияние температурного поля трассы магистрального нефтепровода на прочностную надежность линейных участков // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 11. С. 24–33. DOI:10.24000/0409-2961-2019-11-24-33Golofast S.L., Vladova A.Yu. Influence of temperature field of the main oil pipeline route on strength reliability of linear sections. Bezopasnost truda v promyshlennosti. 2019; (11): 24–33. DOI:10.24000/0409-2961-2019-11-24-33. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.