Оценка надежности свайного основания в Арктической зоне РФ (ТГАСУ, НИ ТПУ, г. Томск)

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: 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. 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.

1. Andersland O.B., Ladanyi B. An introduction to frozen ground engineering. Springer Science & Business Media. 2013. 352 p. ISBN 978-1-4757-2292-5.

2. Ern A., Guermond J. Theory and practice of finite elements. Springer Science & Business Media. 2013. V. 159. 530 p.

3. 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: 10.1063/1.4902304

4. Hughes T.Jr. The finite element method: linear static and dynamic finite element analysis. Courier Corporation, 2012. 704 p.

5. 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/10.1007/978-3-642-23099-8

6. Meyer W.J. Concepts of mathematical modeling. Courier Corporation, 2012. 448 p.

7. Balay S., Brown J., Buschelman K. et al. PETSc Web page. 2011. URL: http://www.mcs.anl.gov/ petsc (дата обращения: 16.12. 2022).

8. 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.

9. Vabishchevich P.N. Time step for numerically solving parabolic problems // International Conference on Finite Difference Methods. Springer. 2014. P. 96–103.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. Крылов Д.А., Сидняев Н.И., Федотов А.А. Математическое моделирование распределения температурных полей // Математическое моделирование. 2013. Т. 25. № 7. С. 3–27.

14. 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.

15. 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.

16. 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:10.24000/0409-2961-2019-11-24-33