Грант РНФ 17-11-01204

Информация о проекте на сайте РНФ (http://rscf.ru/prjcard?rid=17-11-01204)

Аннотация к проекту

Области вечной мерзлоты занимают около 25% поверхности суши Северного полушария, и более 60% этих областей приходится на территорию, принадлежащую Российской Федерации. Процессы потепления, ведущие к таянию и деградации вечной мерзлоты, наблюдаемые в последние десятилетия, по-видимому, и далее будут ускоряться в результате изменения климата. Это существенно повышает актуальность разработки как механических моделей поведения (определяющих соотношений) флюидонасышенных гетерогенных материалов при низких температурах, так и связанных задач, описывающих процессы фильтрации и фазовых переходов, происходящие в многокомпонентной системе «грунт-вода-лёд-газ».

Наряду с необходимостью учёта геофизических опасностей, связанных с использованием мерзлых грунтов (например, при возведении хвостохранилищ), в процессе приполярного строительства возникает необходимость проектирования и прогнозирования процессов взаимодействия инженерных сооружений с твёрдомерзлыми или пластичномёрзлыми грунтами. Одновременно процессы замораживания и оттаивания грунтов активно используются при строительстве в условиях умеренного климата. Например, при проведении вертикальных шахтных стволов в сложных гидрогеологических условиях. Создание адекватных виртуальных моделей процессов эволюции структуры, деформирования и разрушения флюидонасыщенных грунтов, взаимодействующих с инженерными конструкциями, позволит снизить риски для инфраструктуры и окружающей среды, связанные с изменением климата в районах вечной мерзлоты и/или существенными сезонными процессами промерзания-оттаивания.

Современный уровень развития вычислительной механики сплошных сред, теории прочности гетерогенных сред, физики фазовых переходов, геокриологии и методов экспериментальной механики позволяет существенно продвинуться в детализации виртуальных моделей многофазной среды «грунт-вода-лед-газ» и разработать как инновационные методы сопровождения и контроля реальных объектов в процессе строительства и эксплуатации, так и создать необходимое программное обеспечение для мониторинга и прогнозирования последствий тех или иных механических воздействий на контролируемые объекты.

В проекте будут поставлены и решены ряд связанных задач механики сплошных сред, описывающие процессы фильтрации, фазовых переходов, деформирования и разрушения флюидонасыщенных грунтов при механических и термических воздействиях. Основываясь на предыдущем опыте участников проекта, основное внимание будет уделено разработке определяющих соотношений флюидонасыщенных гетерогенных материалов и расчёту процессов деформирования и разрушения замороженных грунтов. Принимая во внимание междисциплинарный характер проблемы и определяющее влияние условий формирования (процессов фильтрации, фазовых переходов и т.д.) на физико-механические свойства исследуемых объектов в проекте предусмотрено решение широкого комплекса связанных задач механики сплошных сред и горной механики с привлечением в исследовательский коллектив соответствующих специалистов.

В проекте планируется создание трёх взаимодействующих групп (РГ1-группа механики сплошных сред, РГ2- группа механики деформируемого твёрдого тела, РГ3-группа управления и прикладных исследований), специализирующихся на решении различных задачах. Участники проекта являются сотрудниками двух академических институтов: Института механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН) и Горного института УрО РАН (ГИ УрО РАН), имеющих значительный опыт как в построении механических моделей поведения сплошных сред, так и в проведении прикладных исследований в области горной механики.

Основные исполнители проекта

Плехов Олег Анатольевич, заместитель директора ИМСС УрО РАН, доктор физико-математических наук, профессор;

Пантелеев Иван Алексеевич, научный сотрудник ИМСС УрО РАН, кандидат физико-математических наук;

Левин Лев Юрьевич, заведующий отделом Аэрологии и теплофизики ГИ УрО РАН, доктор технических наук;

Зайцев Артем Вячеславович, заведующий сектором математического моделирования и информационных технологий ГИ УрО РАН, кандидат технических наук;

Описание выполненных работ и полученных научных результатов

Список публикаций

2017 г.

1. Panteleev I.A., Kostina A.A., Plekhov O.A., Levin L. Yu. Numerical simulation of artificial ground freezing in a fluid-saturated rock mass with account for filtration and mechanical processes// Sciences in Cold and Arid Regions. - 2017. - Vol. 9. - N.4. - P.363-377. DOI: 10.3724/SP.J.1226.2017.00363
2. Pantellev I., Kostina A., Zhelnin M., Plekhov O., Levin L. Intellectual monitoring of artificial ground freezing in the fluid-saturated rock mass// Procedia Structural Integrity. – 2017. – Vol. 5. – P. 492-499
3. Plekhov O., Vshivkov A., Iziumova A. Theoretical and Experimental Analysis of the Energy Dissipation at Fatigue Crack Tip Under Cyclic Loading with Constant Stress Intensity Factor // Proceedings of the 17th International Conference on New Trends in Fatigue and Fracture. – 2018. - Book ID: 447514_1_En, Book ISBN: 978-3-319-70364-0. - Chapter No. 1. – P. 1-6. DOI: 10.1007/978-3-319-70365-7_1
4. Levin L.Yu., Semin M.A., Parshakov O.S., Kolesov E.V. Method for Solving Inverse Stefan Problen to Control Ice Wall State During Shaft Excavation // Perm Journal of Petroleum and Mining Engineering. - 2017. - Vol.16. - No.3. - P.255-267. DOI: 10.15593/2224-9923/2017.3.6
5. Левин Л. Ю., Семин М. А., Паршаков О. С. Математическое прогнозирование толщины ледопородного ограждения при проходке стволов // Горная теплофизика. ФТПРПИ. – 2017. – No. 5.
6. Panteleev I., Kostina A., Zhelnin M., Plekhov A., Levin L. Intellectual monitoring of artificial ground freezing in the fluid-saturated rock mass//2nd International Conference on Structural Integrity, 4-7 September, 2017, Funchal, Madeira, Portugal. Book of Abstracts. – P. 255
7. Пантелеев И.А., Костина А.А., Желнин М.С., Плехов О.А., Левин Л.Ю. Численное моделирование процесса формирования ледопородного ограждения в водонасыщенном массиве горных пород с учетом сопутствующих фильтрационных и механических процессов // XI Международный симпозиум по проблемам инженерного мерзлотоведения, 5-8 сентября 2017 г., Тезисы докладов. – Якутск: ИМ СО РАН, 2017. – С. 288-289
8. Panteleev I., Kostina A., Zhelnin M., Plekhov O., Levin L. Numerical model of fluid-saturated rock mass with phase transitions as a theoretical basis for artificial ground freezing control system(in press)

Доклады на конференциях

2017г.

1. Panteleev I., Kostina A., Zhelnin M., Plekhov A., Levin L. Intellectual monitoring of artificial ground freezing in the fluid-saturated rock mass//2nd International Conference on Structural Integrity, 4-7 September, 2017, Funchal, Madeira, Portugal
2. Пантелеев И.А., Костина А.А., Желнин М.С., Плехов О.А., Левин Л.Ю. Численное моделирование процесса формирования ледопородного ограждения в водонасыщенном массиве горных пород с учетом сопутствующих фильтрационных и механических процессов // XI Международный симпозиум по проблемам инженерного мерзлотоведения, 5-8 сентября 2017 г., Магадан, Россия

• Prev