Численное моделирование напряженно-деформированного состояния неоднородной насыпи гидротехнического сооружения с подпорной стенкой
DOI:
https://doi.org/10.55287/22275398_2026_58_42Ключевые слова:
грунт, эквивалентные напряжения, осадка, подпорная стенка, поровое давление, эквивалентная деформация, коэффициент надежностиАннотация
Современное гидротехническое строительство требует высокой надежности и безопасности сооружений в условиях сложных гидрогеологических особенностей, включая неоднородные грунты и сложные механические взаимодействия. В данной работе выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния гидротехнического объекта с подпорной стенкой на основании слоистых неоднородных грунтов. Актуальность исследования обусловлена необходимостью повышения точности прогнозирования поведения грунтовых масс и уменьшения рисков аварийных ситуаций для грунтовых сооружений на сложном рельефе, что подтверждается использованием современных методов конечных элементов и моделирования взаимодействия структуры грунтов основания сооружения с различными элементами самого сооружения. В ходе анализа установлено, что максимальные полные перемещения подпорной стенки на этапе строительства составляют 0,026 м (26 мм), что значительно ниже допустимых значений (100–150 мм по СП 22.13330.2016), необходимая устойчивость сооружения обеспечивается. Максимальное поровое давление в основании определено величиной –433,71 кН/м² на глубине 62,7 м, что свидетельствует о высокой несущей способности грунтов. В результате моделирования выявлены зоны концентрации напряжений у подошвы стенки с максимальным значением 1027,66 кН/м², что требует применения соответствующих конструктивных решений для повышения надежности сооружения. Практическая значимость работы заключается в повышении точности оценки напряженно-деформированного состояния самого сооружения в условиях неоднородных грунтов его основания, что позволяет снижать риски аварий, оптимизировать проектные решения и разработать рекомендации по эксплуатации и модернизации объектов подобного типа.
Библиографические ссылки
1. Zhang L., Jiang X., Qiu F. Stability analysis of unsaturated soil slopes with cracks under rainfall infiltration conditions. *Computers and Geotechnics*. 2024;165:105907. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2023.105907 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2023.105907
2. Feng G., Luo Q., Lyu P., Connolly D.P., Wang T. An Analysis of Dynamics of Retaining Wall Supported Embankments: Towards More Sustainable Railway Designs. *Sustainability*. 2023;15:7984. https://doi.org/10.3390/su15107984 DOI: https://doi.org/10.3390/su15107984
3. Rubin O.D., Lisichkin S.E., Pashchenko F.A. Razrabotka metodiki rascheta napryazhennogo sostoyaniya v gorizontalnykh secheniyakh gidrotekhnicheskikh podpornykh sten ugolkovogo tipa [Development of a method for calculating the stress state in horizontal sections of hydraulic retaining walls of angular type]. *Stroitelnaya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy*. 2019;15(5):339–344. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-5-339-344 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.22363/1815-5235-2019-15-5-339-344
4. Kachaev A.E., Soroka V.V., Khitrov Ya.I. Analiz rezultatov chislennogo modelirovaniya ustoychivosti otkosa gidrotekhnicheskogo sooruzheniya s podpornoy stenkoy SRM i SAM metodami [Analysis of numerical simulation results for slope stability of a hydraulic structure with retaining wall by SRM and SAM methods]. *Sistemnye tekhnologii*. 2025;3(56):20–31. https://doi.org/10.48612/dnitii/2025_56_20-31 (In Russian)
5. Pryakhina G.V., Boronina A.S., Popov S.V., Rasputina V.A., Voynarovskiy A.E. Fizicheskoe modelirovanie razrusheniya gruntovoy damby vodokhranilishcha v protsesse perepolneniya vodoyema [Physical modelling of the destruction of an earth reservoir dam in the process of reservoir overflow]. *Izvestiya Russkogo geograficheskogo obshchestva*. 2019;151(2):51–63. https://doi.org/10.31857/S0869-6071151251-63 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.31857/S0869-6071151251-63
6. Mgalobelov Yu.B., Deyneko A.V. Raschetnoe obosnovanie bezopasnosti sovremennykh gidrotekhnicheskikh sooruzheniy i osobennosti ucheta vozdeystviy ot tekhnologicheskogo oborudovaniya pri zemletryasenii [Calculation justification of safety of modern hydraulic structures and features of accounting for the effects of technological equipment during an earthquake]. *Gidrotekhnicheskoe stroitelstvo*. 2010;(7):46–50. (In Russian)
7. Kachaev A.E., Turapin S.S. Metodika chislennogo modelirovaniya ustoychivosti gruntovoy plotiny pri ekstrennoy srabotke vodokhranilishcha [Numerical simulation methodology for stability of an earth dam under emergency reservoir drawdown]. *Ekologiya i stroitelstvo*. 2024;(4):4–13. https://doi.org/10.35688/2413-8452-2024-04-001 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.35688/2413-8452-2024-04-001
8. Shah A. Stratified ground modeling in geotechnical engineering: review and applications. *Soil Dynamics and Earthquake Engineering*. 2020;138:106261.
9. Rotaru A., Bejan F., Almohamad D. Sustainable Slope Stability Analysis: A Critical Study on Methods. *Sustainability*. 2022;14:8847. https://doi.org/10.3390/su14148847 DOI: https://doi.org/10.3390/su14148847
10. Dostanova S., Kalpenova Z., Shayakhmetov S., Kasymova G., Tokpanova K. Nonlinear models of the soil base for slab calculations. *EUREKA: Physics and Engineering*. 2024;(5):41–54. https://doi.org/10.21303/2461-4262.2024.003484 DOI: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2024.003484
11. Bryksin V.V. Osobennosti deformirovaniya modeli gibkoy podpornoy stenki i grunta zasypki. Eksperiment v laboratornykh usloviyakh [Deformation features of the flexible retaining wall model and backfill soil. Laboratory experiment]. *Vestnik NITs «Stroitelstvo»*. 2024;41(2):103–117. https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-2(41)-103-117 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.37538/2224-9494-2024-2(41)-103-117
12. Kaiser P., Kleinfelder S. Site investigation techniques for understanding ground heterogeneity. *Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering*. 2017;143(1):05016003.
13. Boldyrev G.G., Barvashov V.A., Idrisov I.Kh., Khryanina O.V. [Title not provided in source]. *Vestnik PNIPU. Stroitelstvo i arkhitektura*. 2017;8(3):22–33. (In Russian) DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2017.3.03
14. Ter-Martirosyan Z.G., Ter-Martirosyan A.Z., Khyu Khyng Dam. Vzaimodeystvie barrety s mnogosloynym okruzhayushchim i podstilayushchim gruntami s uchetom ikh uprugikh i uprugo-vyazkoplasticheskikh svoystv [Interaction of a barrette with multilayer surrounding and underlying soils considering their elastic and elasto-viscoplastic properties]. *Vestnik MGSU*. 2022;17(9):1135–1144. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.9.1135-1144 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.22227/1997-0935.2022.9.1135-1144
15. Sultanov T.Z., Khodzhaev D.A., Mirsaidov M.M. Otsenka dinamicheskogo povedeniya neodnorodnykh sistem s uchetom nelineyno-vyazkouprugikh svoystv grunta [Assessment of the dynamic behaviour of heterogeneous systems considering nonlinear viscoelastic soil properties]. *Inzhenerno-stroitelnyy zhurnal*. 2014;(1(45)):80–89. https://doi.org/10.5862/MCE.45.9 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.5862/MCE.45.9
16. Kachaev A.E., Turapin S.S. Obosnovanie neobkhodimosti razrabotki kompleksnykh raschetnykh modeley gruntovykh plotin meliorativnykh sistem [Justification for the development of integrated calculation models for earth dams of reclamation systems]. *Nauka i mir*. 2024;(3):1–5. https://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-1-5 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-1-5
17. Kudasheva M.I., Kaloshina S.V. Sravnenie modeli Mora-Kulona i modeli uprochnyayushchegosya grunta v programmnom komplekse Plaxis [Comparison of the Mohr-Coulomb model and the hardening soil model in the Plaxis software]. *Sovremennye tekhnologii v stroitelstve. Teoriya i praktika*. 2017;2:87–95. (In Russian)
18. Kachaev A.E., Turapin S.S., Gargolina K.V. O korrelyatsionnoy zavisimosti mezhdu modelyami Khuka-Brauna i Mora-Kulona dlya gruntov nasypnykh plotin [On the correlation between the Hoek-Brown and Mohr-Coulomb models for soils of embankment dams]. *Journal of Advanced Research in Technical Science*. 2025;(51):101–104. https://doi.org/10.26160/2474-5901-2025-51-101-104 (In Russian)
19. Nemirovskiy Yu.V. Problemy i metody rascheta i proektirovaniya konstruktsiy iz armirovannogo betona [Problems and methods for calculating and designing reinforced concrete structures]. *Izvestiya Altayskogo gosudarstvennogo universiteta*. 2014;(1-1(81)):90–95. https://doi.org/10.14258/izvasu(2014)1.1-20 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.14258/izvasu(2014)1.1-20
20. Belostotskiy A.M., Akimov P.A., Kaytukov T.B., Afanasyeva I.N., Vershinina V.V., Usmanov A.R., Shcherbina S.V. O traditsionnykh i sovremennykh metodakh chislennogo modelirovaniya svyazannykh sistem «sooruzheniye – zhidkost» [On traditional and modern methods for numerical modelling of coupled "structure – fluid" systems]. In: *Voprosy prikladnoy matematiki i vychislitelnoy mekhaniki: Sbornik trudov №17*. Moscow; 2014. Pp. 159–183. (In Russian)
21. Kachaev A.E., Turapin S.S. Osobennosti rekonstruktsii zemlyanykh plotin meliorativnykh sistem [Features of reconstruction of earth dams of reclamation systems]. *Nauka i mir*. 2024;(3):6–10. https://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-6-10 (In Russian) DOI: https://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-6-10
