Идентификация параметров поро-упругой модели основания
advertisement
Санкт-Петербургский Политехнический Университет Петра Великого Кафедра Теоретической Механики Идентификация параметров поро-упругой модели основания бетонной плотины Выполнил студент гр. 43604/1 Лапин Р.Л. Научный руководитель: Ле-Захаров С.А. Актуальность • В сооружениях бетон проявляет фильтрующие свойства, меняющие напряженно-деформированное состояние сооружений • В широкой инженерной практике не производится моделирование с учетом этих свойств бетона 2/23 Постановка задачи и план работы Обработка натурных данных с датчиков в основании плотины Построение модели секции бетонной плотины с моделью материала пороупругой среды Сравнение результатов показаний датчиков и результатов моделирования 3/23 Экспериментальные данные • Саяно-Шушенская ГЭС (1985 г): высота 242м, длина 1072м. Датчики (пьезометры) – около 150 штук • Обработка и анализ данных датчиков за длительный промежуток времени. Измерения с 2001 по 2014. Снятие данных 3-4 раза в месяц 4/23 Зависимость УВБ и УНБ от времени •Терминология: •УВБ – уровень верхнего бьефа •УНБ – уровень нижнего бьефа УВБ УНБ 240 25 230 20 220 УВБ 210 15 УНБ 200 190 10 180 170 5 160 150 Номер измерения 1 17 33 49 65 81 97 113 129 145 161 177 193 209 225 241 257 273 289 305 321 337 353 369 385 401 417 433 449 465 481 497 513 529 1 21 41 61 81 101 121 141 161 181 201 221 241 261 281 301 321 341 361 381 401 421 441 461 481 501 521 0 Номер измерения 5/23 Расположения датчиков Вид сверху Вид сбоку Вид спереди 6/23 Обработка данных •«Основные типы» данных Без выраженной зависимости С выраженной линейной зависимостью С выраженной нелинейной зависимостью 7/23 Корреляционный анализ •Коэффициент Спирмена 𝑑 𝑝= 1 −6 3 , 𝑛 −𝑛 𝑝 = 0.98 𝑝 ∈ [−1; 1] 𝑝 = 0.03 8/23 Регрессионный анализ (𝑥, 𝑦) 𝑦 = 𝑓(𝑥) Линейная модель зависимости (𝑦 − 𝑦)2 → 𝑚𝑖𝑛 Квадратичная модель зависимости 9/23 Выводы и результаты по обработке натурных данных • Реализована схема обработки натурных данных методами корреляционного и регрессионного анализа. • Построены модели зависимостей показаний от внешнего воздействия. • Выяснено, что на показания датчиков влияет только высота и расстояние до центра кривизны. 10/23 Модель поро-упругой среды • Характеристики порой среды 𝑚= 𝑠= 𝑉пор 𝑉общ 𝑉ж 𝑉пор - пористость - насыщенность 11/23 Используемые уравнения • Уравнение равновесия 𝛻∙𝝈 =0 • Вид тензора напряжений 𝝈 = 1 − 𝑚 𝝈∗ − 𝑚 𝑠𝑝ж + 1 − 𝑠 𝑝г 𝑬 𝝈 = 1 − 𝑚 𝝈∗ − 𝑚𝑝ж𝑬 • Уравнение Дарси 𝑤 = −𝑘 𝑔𝑟𝑎𝑑 𝑝 • Уравнение неразрывности 𝜕𝜌 + 𝑑𝑖𝑣 𝜌𝑤 = 0 𝜕𝑡 12/23 Моделирование в вычислительном пакете Abaqus Граничные условия: Геометрия модели Механические: 𝑢𝑥 осн = 0; 𝑢𝑦 осн = 0; 𝑢𝑥 стен = 0 𝑝 левая часть = (1 − 𝑚)𝑝увб ; 𝑝 правая часть = (1 − 𝑚)𝑝унб ; Поровые, жидкостные: 𝑤стенки = 0; 𝑤основание = 0; ∗ ∗ 𝑝левая часть = 𝑚𝑝увб ; 𝑝правая часть = 𝑚𝑝унб ; 13/23 Результаты моделирования Поле напряжений Результаты без учета УНБ Результаты с УНБ Результаты с УНБ и стенкой 14/23 Результаты моделирования Поле порового давления Результаты без учета УНБ Результаты с УНБ Результаты с УНБ и стенкой 15/23 Результаты моделирования Поле перемещений Результаты без учета УНБ Результаты с УНБ Результаты с УНБ и стенкой 16/23 Поровое давление на глубине 1 метр Эпюры давлений для разных постановок 17/23 Сравнение результатов при разных УВБ Эпюры давлений с учетом УНБ для разных УВБ Эпюры давлений с учетом УНБ и противофильтрационной завесы для разных УВБ 18/23 Расположения датчиков 33 секции Вид сверху Вид сбоку 19/23 Сравнение натурных данных и результатов моделирования Сравнение эпюр давлений для натурных данных и модели 20/23 Выводы и результаты работы 1. Реализована схема обработки натурных данных, а так же построены модели зависимостей показаний от УВБ. 2. Промоделирована модель секции бетонной плотины с моделью материала пороупругой среды. 3. Проведено сравнительное исследование результатов моделирования и натурных данных. 21/23 Дальнейшие исследования ◦ Анализ модели по другим критериям ◦ Доработка модели материала бетона ◦ Исследование поведения плотины при землетрясении с учетом поровой жидкости 22/23 Спасибо за внимание Анализ дугового расположения датчиков Расположения датчиков. Вид сверху. Расположения датчиков. Вид спереди. Анализ дугового расположения датчиков Блок датчиков на высоте 300302 Блок датчиков на высоте 304306 Блок датчиков на высоте 307311 Анализ дугового расположения •Наблюдается две зоны датчиков: расположенные ближе к верхнему барельефу показывают более высокое значение, чем датчики у нижнего барельефа. •Датчики расположенные на одной дуге показывают примерно одинаковые значения. Анализ 33 секции Результаты при разных УВБ. Ширина 303 – 307 УВБ =195 УВБ =209 УВБ =231
