Пучение грунта при замерзании

[AlexKaz 1 822]

Температура в стационаре по вертикальной плоскости плавно переходит от отрицательной до положительной. У грунта известны все стандартные характеристики: E, v, влажность, плотность, коэффициент линейного теплового расширения, теплоёмкость. Не могу понять, как смоделить расширение грунта и получить НДС. На деформации по идее влияет только КТР, т.е. ставить его зависимым от температуры, и при этом отрицательным?

Относительное изменение объема при плавлении -8.3% разделите на три чтобы свести к линейной и пересчитайте пропорционально объемным долям воды в грунте. Потом отобразите по подобию на тепловую и смоделируйте. В классическом Ansys можно все за полдня проделать не напрягаясь и посмотреть. :)

Про смоделировать и не понял

[AlexKaz 1 822]

Наверное так.

[Борман 2 375]

Про смоделировать и не понял

Было бы глупо полагать, что пучение грунта связано с тепловым расширением "альфадельтатэ". Конечно же оно связано с фазовым переходом влаги в грунте и последующим изменением объема. То, что я предлагаю ниже - это способ решения вашей задачи через "альфадельтатэ", но непосредственно с термомеханической ваша задача слабо связана.

 

Возможно не очень правильно, но достаточно близко к задуманному (но не к правде) - на "теплый" грунт приложите температурный перепад НОЛЬ, а на "холодный" (плюс или минус) ОДИН. Всему материалу задайте альфу соответствующую пучению влаги в грунте (ХЗ какую). Расскажите, что получилось. Мне интересно.

[AlexKaz 1 822]

Перепад нужен чтобы найти напряжения по контактной границе между мёрзлым и талым грунтами? Пока в эти дебри не полезу, сгладил альфу чтобы не было бесконечности. В итоге горбик на поверхности получился, и скачок напряжений в интересном месте (в модели есть выемка, заполненная мятым грунтом, и нетронутый грунт).

[Fedor 1 597]

Глупо полагать, что в механике существуют другие способы изменения объема  кроме   того что используется в тепловых задачах. Бритва Оккама не позволяет. Поэтому любые задачи об усадке или расширения можно отобразить по подобию на тепловые. Все они изоморфны с точки зрения математики. На физику логично наплевать :)  

При замерзании происходит расширение и бутылка с пивом лопается на морозе. На сваи и фундаменты обычно действует сила порядка 4 тонн на квадратный метр насколько помню. Сваи выдергивает зимой только так. Сам видел  :)

Изменено 31 октября 2015 пользователем Fedor

[Борман 2 375]

Федор, дайте лучше совет... а то я что-то туплю...

 

Есть труба в грунте.. допустим полубесконечная.  На один конец трубы прикладываем силу вдоль трубы. Поскольку между трубой и грунтом трение, то на некотором расстоянии от этого конца осевая сила в сечении (и перемещение тоже) станет нулевой. Т.е. если сила не будет превышать заданную, то расчетную модель можно отрезать по этому сечению (можно закреплять, можно освобождать.. неважно) и решать...  Если тот дальний конец закреплять, то на него придет нулевая реакция - именно это критерий и определяет размер расчетной области.

 

Вопрос 1. Есть ли формулы или оценки для размера расчетной области под мой случай..

 

Вопрос 2. Пока не моде сформулировать.. но он будет связан как раз с температурным расширением.

 

 

А по поводу текущей темы.. Вот, напрмер, формулировка.. не моя...

Какого хрена это значит ??? Я так понимаю, что осадка актуальна для сезонно-мерзлых/талых грунтов.

 

 

 

 

[Fedor 1 597]

По моему когда трение остановит движение, то уже не важно что там дальше, Вы правы, придет нулевая горизонтальная сила. Соотношения Дюамеля-Неймана описывают всякие объемные деформации. А уж их природа не важна. Бывает от намокания-усушки или радиации возникают деформации. Модуль упругости трубы стальной на много порядков больше чем модуль деформаций грунта.

На вопрос 1 - конечно, просто считаете силу трения интегрируя . Но тут тонкий момент грунт не совсем жидкость и напряжения по вертикали не такие же как по горизонтали. Об этом есть в механике грунтов любой. Лично я оцениваю принцип Сен-Венана прикладывая нагрузку на разных площадках так чтобы главный вектор был нулевой. Полезно взглянуть и при разложении нулевого главного момента :) Коэффициент расширения льда можно найти в справочниках и опираясь на влажность посчитать какой он будет у смеси. Обычно у невлагонасыщенных грунтов считают, что нет деформаций. Просто подсыпают песчаногравийной смеси чтобы приподнять уровень . Я так делал несколько раз новым русским и пока жив, значит все хорошо нареканий нет. А то закопали бы в лесочке у их дач :)

[AlexKaz 1 822]

Известен какой-нибудь закон трения в связке грунт-металл? Вроде должно быть всё просто: 2*%pi*R*integrate(q(x),x,0,L)=N, где N - приложенная сила, q(x) - распределённая сила трения (ваще первый раз такое слышу).

Кстати, а сваи не за счёт силы трения стоят?

Изменено 31 октября 2015 пользователем AlexKaz

[Fedor 1 597]

Сила трения зависит от проекции вектора тензора напряжений на нормаль то есть n*S*n а компоненты тензора зависят от направления и глубины. Сваи все таки в основном от опирания конца зависят, хотя и боковое трение иногда приличным бывает. Даже условно делят на сваи висячие и сваи стойки . Трение металла по грунту что-нибудь около 0.1 -0. 2 вроде :)

[AlexKaz 1 822]

Давление для горизонтальной трубы уйдёт в константу.

Ну а как насчёт перейти к равенству работы упругой деформации трубы == работа сил трения + работа сдвига? Труба в точке приложения нагрузки должна подвинутся относительно грунта.

[Fedor 1 597]

Да, но надо осреднить по окружности до погонного сопротивления если быть точным... Через работу по моему ненадежно. Где-то грунт прилипнет, и будет деформироваться, где-то скользить. Проще все-таки через трение .

[AlexKaz 1 822]

Взял главу Тимошенко по общей теории цилиндрических оболочек, прикинул примерную формулку. Заглуну на кафедру, поспрашиваю, так - не так. Константы слева я думаю понятны. Направо лучше не смотреть. Давление ~ 1 атм.

Изменено 1 ноября 2015 пользователем AlexKaz

[AlexKaz 1 822]

Борман, у Фадеева в МКЭ для механики грунтов 1987 г. стр 191-193 есть задачка со сваей и пучинистым грунтом, так он прямо пишет, по контакту грунта и фундамента величина касательных напряжений ограничивается некоторой ведичиной, затем дает график поднятия грунта. Сила трения сама напрашивается в задачу.

[Fedor 1 597]

С трением вообще так. Есть трение покоя и трение движения. На то и коэффициент трения придуман. Трение бетона по грунту, например http://forum.dwg.ru/attachment.php?s=d94a6fe31baab0a9400c03955c92f0dc&attachmentid=10355&d=1222239552