Конечно-элементное моделирование совместной работы оползня скольжения и защитного сооружения

Введение. В рамках задачи о плоской деформации разработана конечно-элементная модель оползневого склона естественного залегания, позволяющая учитывать совместную работу оползня скольжения и защитного инженерного сооружения. Для учета физической нелинейности материала слоев склона использована модель Друкера-Прагера. Для активации кинематической нестабильности в расчетную схему введена упруго-вязкая прослойка, вдоль которой происходит скольжение оползневого слоя.

Материалы и методы. Численные эксперименты выполнены с помощью программного комплекса ANSYS Mechanical, в котором реализован метод конечных элементов в форме метода перемещений. Дискретизация склона выполнена на базе плоских четырех узловых конечных элементов PLANE42. Для моделирования смещения оползневого слоя относительно неподвижного основания применены комбинированные упруговязкие элементы COMBIN14.

Результаты исследования. Формализована физически нелинейная модель оползневого склона естественного залегания, состоящая из основания, оползневого слоя и упруго-вязкой прослойки. Разработана инженерная методика анализа напряженно-деформированного состояния системы «склон-защитное сооружение» с учетом кинематической нестабильности оползневого слоя. Проведена серия вычислительных экспериментов.

Обсуждение и заключение. На основании выполненных расчетов показано, что предлагаемая методика позволяет уточнить силовое воздействие оползневого слоя на защитное сооружение и, тем самым, повысить надежность оценки рисков при активизации оползневого процесса. 

1. Seyed-Kolbadi, S. M. An improved strength reduction-based slope stability analysis / S. M. Seyed-Kolbadi, J. Sadoghi-Yazdi, M. A. Hariri-Ardebili // Geosciences. — 2019. — Vol. 9 (1). — P. 55. https://doi.org/10.3390/geosciences9010055

2. Griffiths, D. V. Three-dimensional slope stability analysis by elasto-plastic finite elements / D. V. Griffiths, R. M. Marquez // Geotechnique. — 2007. — Vol. 57 (6). — P. 537–546. https://doi.org/10.1680/geot.2007.57.6.537

3. Jing Xi Chen. Slope stability analysis by strength reduction elasto-plastic FEM / Jing Xi Chen, Peng Zhen Ke, Guang Zhang // Key Eng. Mater. — 2007. — Vol. 345. — P. 625–628. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.345-346.625

4. Михайлов, В. О. Трехмерная математическая модель обвальных процессов / В. О. Михайлов // Вестник Московского университета. Серия 5. География. — 2011. — № 4. — С. 53–58.

5. Yossef H. Hatzor. Discontinuous deformation analysis in rock mechanics practice / Yossef H. Hatzor, Guowei Ma, Gen-hua Shi // ISRM, CRC Press, 2018. — 410 p.

6. Морозов, Е. М. ANSYS в руках инженера. Механика разрушения / Е. М. Морозов, А. Ю. Муземнек, А. С. Шадский. — Москва : ЛЕНАНД, 2008. — 456 с.

7. Drucker, D. C. Soil Mechanics and plastic analysis or limit design / D.C. Drucker, W. Prager // Quarterly of Applied Mathematics. — 1952. — Vol. 10 (2). — P. 157−165.

8. Фадеев, А. Б. Метод конечных элементов в геомеханике / А. Б. Фадеев — Москва : Недра, 1987. — 221 с.

9. Гайджуров, П. П. Конечно-элементное моделирование передачи усилия натяжения стального каната на бетон / П. П. Гайджуров, Аль-Джабоби Сами Фахль, Аль-Хадж Махмуд Абдо Хаса // Известия вузов СевероКавказский регион. Технические науки. — 2017. — № 2. — С. 73–78.

10. Маций, С. И. Свайно-анкерные противооползневые конструкции / С. И. Маций, А. К. Рябухин. — Краснодар : КубГАУ, 2017. — 189 с.