Оценка влияния землетрясений на подземные сооружения на основе расчетов методом конечных элементов

Статья посвящена оценке влияния землетрясения на подземные сооружения на основе расчетов методом конечных элементов. Сейсмические воздействия на подземные сооружения в целом могут быть исследованы либо с помощью квазистатического анализа, либо с помощью динамических расчетов. Динамические расчеты основаны на непосредственном применении полученных ускорений к реальной расчетной модели туннеля. При квазистатическом анализе на основе метода конечных элементов обычно предполагают, что вертикальное распространение волн давления и сдвига можно описать в рамках одномерной модели, в которой все переменные не зависят от времени и определяются исключительно одной вертикальной координатой. В данной работе был выполнен расчет поведения подземных сооружений, подверженных землетрясениям, с использованием программного обеспечения GEO FEM, которое реализует динамический анализ с использованием комбинации статических граничных условий, а также граничных условий свободного поля вдоль вертикальных границ. При этом считается, что на нижней границе волны полностью поглощаются. Этот более сложный подход к динамическим расчетам может подойти для инженерной практики, поскольку позволяет учитывать эффекты взаимодействия грунта и конструкции.

Ян Прушка, Вероника Павельцова Оценка влияния землетрясений на подземные сооружения на основе расчетов методом конечных элементов // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4-1. — С. 81—90. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_41_0_81.

Ян Прушка¹ — доцент;
Вероника Павельцова¹ — PhD-student;
¹ Чешский технический университет в Праге, факультет гражданского строительства, кафедра Геотехники, Такурова 7, 166 29 Прага 6 — Дейвице, Чешская Республика.

1. Wang J. Seismic design of tunnels. A simple state-of-the-art design approach. Monograph 7, Parsons, Brinckerhoff Quade and Douglas Inc., 1993.

2. Hashash Y. M. A. Seismic design and analysis of underground structures. Tunneling and undergrounding Space Technology, 2001, Vol. 16, pp. 247—293. DOI:10.1016/S0886— 7798(01)00051-7.

3. Zienkiewicz O. C., Bicanic N., Shen F. Q. Generalized smith boundary — a transmitting boundary for dynamic computation. Institute for Numerical Methods in Engineering, University College of Swansea, 1986, Vol. 207, pp. 15—26.

4. ITA AITES home page, available at http://www.ita-aites.org/en, 2020.

5. Power M. S., Rosid D., Kaneshiro J. Strawman: screening, evaluation, and retrofit design of tunnels. Report Draft, volume III. New York: National Center for Earthquake Engineering Research, 1996, 354 p.

6. Kravcov A. N., Svoboda P., Pospichal V., Morozov D. V., Ivanov P. N. Limit depth of rock mine shafts for underground shelters. Key Engineering Material, 2017, Vol. 755, pp. 198—201.

7. Kravtsov A., Svoboda P., Pospíchal V., Zdebsky J. Experimental Studies on Process of Transition of Explosion to Deflagration due to Methane Gas Explosion in Underground Structures. International Conference on Military Technologies 2015, Rio de Janeiro. IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2015, pp. 125—133.

8. Towhata I. Geotechnical Earthquake Engineering (Springer Series in Geomechanics and Geoengineering). Springer Berlin Heidelberg, 2008, 684 p.

9. Poklopová T., Pavelcová V., Janda T., Šejnoha M. Evaluation of real underground structure subjected to earthquake — pseudostatic analysis. Acta Polytechnica CTU Proceedings, 2018, Vol. 15, pp. 91—93. DOI:10.14311/APP.2018.15.0088.

10. Pavelcová V., Poklopová T., Janda T., Šejnoha M. The influence of boundary conditions on the response of underground structures subjected to earthquake. Acta Polytechnica CTU Proceedings, 2018, Vol. 26, pp.64—79. DOI: 10.14311/APP.2020.26.0064.

11. Zienkiewicz O. C., Bicanic N., Shen F. Q. Generalized smith boundary — a transmitting boundary for dynamic computation. Institute for Numerical Methods in Engineering, University College of Swansea, 1986, Vol. 207, pp. 109—138.

12. Kučera D. Analysis of geotechnical structures subjected to earthquake. Diploma thesis. CTU in Prague, 2017, 15 p.

13. Kravtsov A., Svoboda P. Experimental Studies of the Blast Pressure due to an Explosion in the Tunnel. Proceedings from the Fourth International Symposium on Tunnel Safety and Security. Stockholm: Royal Institute of Technology, 2014. pp. 281—288.

14. Pruška J., Pavelcová V., Poklopová T., Janda T., Šejnoha M. The Response of Underground Structures on the Seismic Loadings. Proceedings of the WTC 2019 ITAAITES World Tunnel Congress (WTC 2019). Naples, Italy, 2019, 10 p.

15. Šejnoha M., Janda T., Pruška J., Brouček M. Metoda konečných prvků v geomechanice: Teoretické základy a Inženýrské aplikace. Prague, 2015, 314 p.