Details

Данная работа посвящена численному моделированию температурного режима грунтовой плотины и её основания, а также прогноз температурного режима на следующую сотню лет эксплуатации. Задачи, которые решались в ходе работы: 1. Обзор теоретических методов расчёта. 2. Изучение данных инженерно-геологических изысканий и инженерно-гидрометеорологических изысканий для получения исходных данных. 3. Калибровка исходных данных на одномерной задаче на основе наблюдений за температурным режимом основания. 4. Верификация одномерной задачи с помощью решения аналитической задачи. 5. Численное моделирование температурного режима в поперечном сечении плотины и основания на этапах строительства и прогноз на следующие сто лет. 6. Анализ полученных результатов. Работа проведена на базе всероссийского научно-исследовательского института гидротехники им. Б. Е. Веденеева, где были получены исходные данные проекта. Построена одномерная численная модель для расчёта температуры в геологической скважине, откалиброванная на натурных данных. Результаты моделирования верифицированы посредством сравнения с аналитическим решением. Результаты калибровки использовались при решении плоской задачи. Для выполнения расчётов использовался метод конечных элементов в программном комплексе Abaqus. Получены температурные поля в сечении для всех необходимых моментов времени. Показано, что основание сооружения сохраняет положительную температуру в течении всего срока эксплуатации, что исключает риск промораживания грунта. Основываясь на полученных результатов, выбрана стратегия проектирования сооружения. Для достижения результатов в работе были использованы пакет конечно-элементного анализа Abaqus, среды программирования для обработки данных Python, система обработки электронных таблиц Microsoft Excel.

This work is devoted to the numerical modeling of the thermal regime of an embankment dam and its foundation, as well as the prediction of the thermal regime for the next hundred years of operation. The tasks addressed in the course of this work: 1. Review of theoretical calculation methods. 2. Study of engineering-geological and engineering-hydrometeorological survey data to obtain input data. 3. Calibration of input data on a one-dimensional problem based on observations of the foundations thermal regime. 4. Verification of the one-dimensional problem by solving an analytical problem. 5. Numerical modeling of the thermal regime in the cross-section of the dam and foundation during the construction stages and prediction for the next hundred years. 6. Analysis of the obtained results. The work was carried out at the B.E. The BE Vedeneev All Russia Institute of Hydraulic Engineering, where the projects input data were obtained. A one-dimensional numerical model was built to calculate the temperature in a geological borehole, calibrated on field data. The modeling results were verified by comparison with an analytical solution. The calibration results were used in solving a plane problem. To perform the calculations, the finite element method was used in the Abaqus software package. Temperature fields in the cross-section were obtained for all required time points. It is shown that the foundation of the structure maintains a positive temperature throughout the entire operation period, which eliminates the risk of soil freezing. Based on the obtained results, a design strategy for the structure was selected. To achieve the results, the Abaqus finite element analysis package, the Python programming environment for data processing, and the Microsoft Excel spreadsheet software were used in this work.

• РЕФЕРАТ
• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
• 2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТОВ
  • 2.1 Инженерно-гидрометеорологические условия
  • 2.2. Инженерно-геологические условия
• 3. МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
  • 3.1. Аналитические методы решения задач теплопроводности
  • 3.2. Численные методы решения задач теплопроводности
    • Методы, используемые в Abaqus для решения систем уравнений
• 4. РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ОСНОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ОДНОМЕРНОЙ МОДЕЛИ
• 5. АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ДЛЯ ОДНОМЕРНОЙ ЗАДАЧИ И СРАВНЕНИЕ С РЕЗУЛЬТАТАМИ ЧИСЛЕННГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
  • 5.1. Аналитическое решение
  • 5.2. Анализ полученного решения
• 6. РАСЧЁТ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЗЕМЛЯНОЙ ПЛОТИНЫ
  • Анализ сеточной сходимости
• 7. РЕЗУЛЬТАТЫ
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
• ПРИЛОЖЕНИЕ А
• ПРИЛОЖЕНИЕ Б