Моделирование разрушения подпорных стен при взаимодействии с агрессивными подземными водами
Loading...
Files
Date
2014
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
RU: Цель. Подземные воды, фильтруясь через грунт и растворяя различные соли и газы, иногда приобретают способность разрушать цементные растворы (вызывать коррозию цементного камня). Прогноз такого разрушения строительных конструкций представляет особый интерес. Целью данной работы является разработка численной модели для расчета процесса разрушения цементного камня при контакте с агрессивными водами. Методика. Моделирование процесса разрушения подпорных стен при взаимодействии с агрессивными подземными водами было выполнено с помощью численной модели, реализованной на алгоритмическом языке FORTRAN. В основу разработанной модели разрушения цементного камня положено уравнение массопереноса. Численное интегрирование уравнения массопереноса осуществляется на прямоугольной сетке с помощью неявной разностной схемы. Результаты. Создан пакет программ, реализующий разработанную численную модель. Результаты численного моделирования процесса разрушения трещины показали как изменяются размеры и геометрическая форма трещины для различных моментов времени после начала процесса разрушения. Видно, что с течением времени происходит постепенное расширение трещины и увеличение области, занятой водой. Для расчета одного варианта задачи потребовалось 20 с компьютерного времени. Дальнейшее совершенствование рассмотренной в работе модели необходимо проводить в направлении ее адаптации к моделированию трехмерного процесса массопереноса в трещинах. Научная новизна.
Разработана новая численная модель для расчета процесса разрушения цементного камня при контакте с агрессивными водами, позволяющая осуществлять прогноз разрушения цементного камня с учетом сложной геометрической формы трещины. Практическая значимость. Разработанная численная модель может быть использована для экспресс-прогноза разрушения цементного камня при контакте с агрессивными водами.
UA: Мета. Підземні води, які фільтруються крізь ґрунт і розчиняють при цьому різні солі і гази, іноді набувають здатність руйнувати цементні розчини (викликати корозію цементного каменю). Прогноз подібного руйнування будівельних конструкцій викликає особливий інтерес. Метою даної роботи є розробка чисельної моделі для розрахунку процесу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами. Методика. Моделювання процесу руйнування підпірних стін при взаємодії з агресивними підземними водами було виконано за допомогою чисельної моделі, яка реалізована алгоритмічною мовою FORTRAN. В основі розробленої моделі руйнування цементного каменю лежить рівняння масопереносу. Чисельне інтегрування рівняння масопереносу здійснюється на прямокутній різницевій сітці за допомогою неявної різницевої схеми. Результати. Створено пакет програм, який реалізує розроблену чисельну модель. Результати чисельного моделювання процесу руйнування тріщини показали як змінюються розміри і геометрична форма тріщини для різних моментів часу після початку процесу руйнування. Видно, що з часом відбувається поступове розширення тріщини і збільшення зони, що зайнята водою. Для розрахунку одного варіанта задачі потрібно 20 с комп'ютерного часу. Подальше вдосконалення розглянутої в роботі моделі необхідно проводити в напрямі її адаптації до моделювання тривимірного процесу масопереносу в тріщинах. Наукова новизна. Розроблено нову чисельну модель для розрахунку процесу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами, що дозволяє здійснювати прогноз руйнування цементного каменю з урахуванням складної геометричної форми тріщини. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути використана для експрес-прогнозу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами.
EN: Purpose. Ground waters flowing through the soil could leach different salts and gases. As a result these waters obtain the ability to destroy cement solutions (cause the corrosion of cement stone). Prediction of the construction destruction in this case is a problem of great interest. The goal of this paper is the development of numerical model to compute the cement stone destruction during the contact with aggressive ground waters. Methodology. A numerical model was used to simulate the process of the supporting walls destruction during the contact with aggressive ground waters. FORTRAN language was used to develop the code. Equation of the mass conservation was used as the governing equation. A rectangular difference grid and implicit difference scheme were used to develop a numerical model. Findings. A code was developed to carry out the numerical experiment. The results of the numerical experiment show the time change of the slot dimensions and geometrical form. These results show the slow increasing of the slot width and the space filled with water. To compute the problem it takes 15 sec. To develop the 3-D model of this process is the further step of this investigation. Originality. A new numerical model was developed to compute the cement stone destruction during the contact with aggressive ground waters. The model allows to predict the dynamics of destruction in the case of the slot having comprehensive geometrical form. Practical value. The developed numerical model can be used for quick prediction of the cement stone destruction.
UA: Мета. Підземні води, які фільтруються крізь ґрунт і розчиняють при цьому різні солі і гази, іноді набувають здатність руйнувати цементні розчини (викликати корозію цементного каменю). Прогноз подібного руйнування будівельних конструкцій викликає особливий інтерес. Метою даної роботи є розробка чисельної моделі для розрахунку процесу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами. Методика. Моделювання процесу руйнування підпірних стін при взаємодії з агресивними підземними водами було виконано за допомогою чисельної моделі, яка реалізована алгоритмічною мовою FORTRAN. В основі розробленої моделі руйнування цементного каменю лежить рівняння масопереносу. Чисельне інтегрування рівняння масопереносу здійснюється на прямокутній різницевій сітці за допомогою неявної різницевої схеми. Результати. Створено пакет програм, який реалізує розроблену чисельну модель. Результати чисельного моделювання процесу руйнування тріщини показали як змінюються розміри і геометрична форма тріщини для різних моментів часу після початку процесу руйнування. Видно, що з часом відбувається поступове розширення тріщини і збільшення зони, що зайнята водою. Для розрахунку одного варіанта задачі потрібно 20 с комп'ютерного часу. Подальше вдосконалення розглянутої в роботі моделі необхідно проводити в напрямі її адаптації до моделювання тривимірного процесу масопереносу в тріщинах. Наукова новизна. Розроблено нову чисельну модель для розрахунку процесу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами, що дозволяє здійснювати прогноз руйнування цементного каменю з урахуванням складної геометричної форми тріщини. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути використана для експрес-прогнозу руйнування цементного каменю при контакті з агресивними водами.
EN: Purpose. Ground waters flowing through the soil could leach different salts and gases. As a result these waters obtain the ability to destroy cement solutions (cause the corrosion of cement stone). Prediction of the construction destruction in this case is a problem of great interest. The goal of this paper is the development of numerical model to compute the cement stone destruction during the contact with aggressive ground waters. Methodology. A numerical model was used to simulate the process of the supporting walls destruction during the contact with aggressive ground waters. FORTRAN language was used to develop the code. Equation of the mass conservation was used as the governing equation. A rectangular difference grid and implicit difference scheme were used to develop a numerical model. Findings. A code was developed to carry out the numerical experiment. The results of the numerical experiment show the time change of the slot dimensions and geometrical form. These results show the slow increasing of the slot width and the space filled with water. To compute the problem it takes 15 sec. To develop the 3-D model of this process is the further step of this investigation. Originality. A new numerical model was developed to compute the cement stone destruction during the contact with aggressive ground waters. The model allows to predict the dynamics of destruction in the case of the slot having comprehensive geometrical form. Practical value. The developed numerical model can be used for quick prediction of the cement stone destruction.
Description
Н. Беляев: ORCID 0000-0002-1531-7882; Е. Гунько: ORCID 0000-0001-9257-763X
Keywords
коррозия цементного камня, численное моделирование, агрессивные подземные воды, разрушение подпорных стен, корозія цементного каменю, чисельне моделювання, агресивні підземні води, руйнування підпірних стін, corrosion of cement paste, numerical simulation, aggressive ground water, destruction of the support walls, КГВ
Citation
Беляев, Н. Н. Моделирование разрушения подпорных стен при взаимодействии с агрессивными подземными водами / Н. Н. Беляев, Е. Ю. Гунько // Мости та тунелі: теорія, дослідження, практика. – 2014. – Вип. 5. – С. 4–8. – DOI: 10.15802/bttrp2014/40166.