Моделирование формирования провала над карстовой полостью как катастрофического процесса в нелинейной динамической системе | Статья в сборнике международной научной конференции

Библиографическое описание:

Щербаков И. В., Бородулин Д. А. Моделирование формирования провала над карстовой полостью как катастрофического процесса в нелинейной динамической системе [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы IV Междунар. науч. конф. (г. Москва, январь 2015 г.). — М.: Буки-Веди, 2015. — С. 138-139. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/124/6998/ (дата обращения: 15.11.2018).

В данной работе установлена форма структур разрушения дневной поверхности. Проведена оценка величины провала, установлено характерное время развития катастрофического разрушения осадочного чехла.

Ключевые слова: НДС, осадочный чехол, геосреды, внутреннее трение, компакция, дилатансия.

 

Геоматериалы и массивы горных пород как иерархически организованные системы обладают всеми специфическими чертами поведения динамических систем. Процессы деформирования и разрушения развиваются по катастрофическому сценарию, которому предшествует квазистационарная стадия [1]. Одним из таких примеров является образование карста. Карст — это процесс, происходящий из-за растворения горных пород подземными и поверхностными водами, в результате которого образуются отрицательные формы рельефа на земной поверхности и различные полости, каналы и пещеры на глубине [2].

На примере задачи моделирования формирования провала над карстовой полостью продемонстрированы режимы эволюции в модельной нелинейной геосреде. Особенностью эволюции динамических нелинейных систем является их способность к изменению хода развития событий, с плавного квазистационарного на режим с обострением, в ходе которого система претерпевает принципиальные изменения, обретая новую структуру и свойства.

Нагружаемый полем сил тяжести слой осадочных горных пород над карстовой полостью рассматривается как упруго-хрупкопластический материал. Используется модель нагружения Друкера-Прагера [3] с накоплением повреждений и деградацией прочностных характеристик.

Предложенная модель, несмотря на свою простоту, очень хорошо не только качественно, но и количественно описывает процесс формирования провала над карстовой полостью, что показано численным экспериментом. Модель описывает формирование как катастрофический процесс, в котором стадия медленного накопления повреждений сменяется сверхбыстрым катастрофическим режимом (рисунок 1), причем длительность квазистационарной фазы и переход к катастрофе являются внутренним свойством среды как нелинейной динамической системы. Они полностью описываются уравнениями механики деформированного твердого тела и определены реологией среды, нелинейностью процесса накопления повреждений, и скоростью деградации прочностных параметров среды в каждой локальной точке.

Рис. 1. Семейство кривых D для разных видов напряженного состояния

 

Модель была протестирована на простых примерах нагружения образца постоянной нагрузкой (деформирующее напряжение постоянно) и расчета диаграмм напряжение-деформация при постоянной скорости нагружения и с учетом накопления повреждений на стадии линейного деформационного упрочнения. В этих тестах варьировались параметры модели, подбирались параметры, определяющие масштаб сжатия реального времени в численных расчетах, и параметры, определяющие скорость накопления повреждений в среде.

На рисунке 2 приведены тесты, демонстрирующие разные скорости перехода среды к катастрофическому разрушению.

Рис. 2. Сравнение кривых накопления повреждений для a=0 (пунктир) и a=1.5 (сплошная)

 

На рисунке 3 приведены расчеты кривых течения для разных скоростей накопления повреждений, а значит и скоростей деградации материала.

Рис. 3. σ-ε диаграммы для разных скоростей накопления повреждений (красная-синяя) и значений a=1.1 и a=1 (пунктир сплошная)

 

Литература:

 

1.                  Макаров П. В., Смолин И. Ю., Евтушенко Е. П., Трубицын А. А. и др. Возможности применения эволюционного подхода при моделировании поведения геосреды // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2009. — № 12. — С. 259–276.

2.                  Гвоздецкий Н. А. Карст. — М.: Мысль, 1981. — 212 с.

3.                  Друккер Д., Прагер В. Механика грунтов и пластический анализ или предельное проектирование // Механика. Новое в зарубежной науке. Вып. 2. Определяющие законы механики грунтов. — М.: Мир, 1975. — С. 166–177.

Основные термины (генерируются автоматически): карстовая полость, скорость накопления повреждений, катастрофическое разрушение, осадочный чехол.

Ключевые слова

НДС, осадочный чехол, геосреды, внутреннее трение, компакция, дилатансия

Похожие статьи

Особенности возникновения и развития карста в горных...

Равнинный карст образуется при одинаковом уровне грунтовых вод, действие которых приводит к появлению горизонтальных полостей.

Рост подземного канала происходит путем обвалов сводов карстовых пустот под действием гравитационных сил.

Щербаков Илья Вячеславович — Информация об авторе

Моделирование процессов накопления повреждений и разрушений в геосредах.

Моделирование формирования провала над карстовой полостью как катастрофического процесса в нелинейной динамической системе.

Усадочные процессы в наполненных полимерных композитах

Моделирование формирования провала над карстовой полостью... Карст — это процесс, происходящий из-за растворения горных

На рисунке 3 приведены расчеты кривых течения для разных скоростей накопления повреждений, а значит и скоростей деградации материала.

Применение теории накапливания повреждений в условиях...

...являющиеся следствием разрушения (поперечные и продольные трещины, сетки трещин

[5]. Кроме того, при пониженных скоростях движения увеличивается объем вредных веществ

Уравнение (11) представляет собой закон накапливания повреждений при увеличении числа...

Анализ причин обрушения покрытий общественных зданий

3) Фактором, ставшим спусковым механизмом разрушения, стали повреждения, нанесенные покрытию при транспортировке

Об образовании трещин в несущих конструкциях здания было известно задолго до катастрофы, однако, не велся надлежащий контроль скорости их роста...

Классификация трещин и расслоений пород кровли по степени...

Визуальному обследованию с целью выявления дефектов и повреждений подвергаются: колонны.

Это приводит к их разрушению, потере буровых скважин и подготовительных выработок.

Выявление причин возникновения силовых трещин осадочного...

Природа катастроф | Статья в журнале «Молодой ученый»

Он показал, что при образовании эфирных вихрей со скоростями, превышающими скорость света в 1015

по площади вокруг вулкана, перекрывая нижележащие осадочные отложения.

Если этот процесс заметен для наблюдателя, то процесс разрушения может отразить.

Изменение пористости карбонатных пород под влиянием...

При последующем увеличении количества циклов замораживания-оттаивания до 5 и 10 циклов, интенсивность накопления дефектов заметно снизилась.

Разрушение кимберлита при циклическом... | Молодой ученый. Ключевые слова: замораживание-оттаивание, кимберлит...

Напряженно-деформированное состояние геологической среды...

...которые вызывают значительные повреждения и даже разрушения зданий и сооружений.

закладку и т. п.) пустот старых горных выработок и карстовых провалов, находящихся на глубине до

негативному фактору деформации земной поверхности относится ее скорость [4]...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Особенности возникновения и развития карста в горных...

Равнинный карст образуется при одинаковом уровне грунтовых вод, действие которых приводит к появлению горизонтальных полостей.

Рост подземного канала происходит путем обвалов сводов карстовых пустот под действием гравитационных сил.

Щербаков Илья Вячеславович — Информация об авторе

Моделирование процессов накопления повреждений и разрушений в геосредах.

Моделирование формирования провала над карстовой полостью как катастрофического процесса в нелинейной динамической системе.

Усадочные процессы в наполненных полимерных композитах

Моделирование формирования провала над карстовой полостью... Карст — это процесс, происходящий из-за растворения горных

На рисунке 3 приведены расчеты кривых течения для разных скоростей накопления повреждений, а значит и скоростей деградации материала.

Применение теории накапливания повреждений в условиях...

...являющиеся следствием разрушения (поперечные и продольные трещины, сетки трещин

[5]. Кроме того, при пониженных скоростях движения увеличивается объем вредных веществ

Уравнение (11) представляет собой закон накапливания повреждений при увеличении числа...

Анализ причин обрушения покрытий общественных зданий

3) Фактором, ставшим спусковым механизмом разрушения, стали повреждения, нанесенные покрытию при транспортировке

Об образовании трещин в несущих конструкциях здания было известно задолго до катастрофы, однако, не велся надлежащий контроль скорости их роста...

Классификация трещин и расслоений пород кровли по степени...

Визуальному обследованию с целью выявления дефектов и повреждений подвергаются: колонны.

Это приводит к их разрушению, потере буровых скважин и подготовительных выработок.

Выявление причин возникновения силовых трещин осадочного...

Природа катастроф | Статья в журнале «Молодой ученый»

Он показал, что при образовании эфирных вихрей со скоростями, превышающими скорость света в 1015

по площади вокруг вулкана, перекрывая нижележащие осадочные отложения.

Если этот процесс заметен для наблюдателя, то процесс разрушения может отразить.

Изменение пористости карбонатных пород под влиянием...

При последующем увеличении количества циклов замораживания-оттаивания до 5 и 10 циклов, интенсивность накопления дефектов заметно снизилась.

Разрушение кимберлита при циклическом... | Молодой ученый. Ключевые слова: замораживание-оттаивание, кимберлит...

Напряженно-деформированное состояние геологической среды...

...которые вызывают значительные повреждения и даже разрушения зданий и сооружений.

закладку и т. п.) пустот старых горных выработок и карстовых провалов, находящихся на глубине до

негативному фактору деформации земной поверхности относится ее скорость [4]...

Задать вопрос