- Tytuł:
-
Development of an advanced constitutive model for spoil-structure interaction problems
Opracowanie zaawansowanego modelu konstytutywnego dla oddziaływań zwałowisko-konstrukcja budowlana - Autorzy:
-
Doan, Nhat-Phi
Liakou, Anna
Garala, Thejesh Kumar
Cui, Ge
Kantesaria, Naman
Halder, Koushik
Heron, Charles M.
Marshall, Alec M. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/2175654.pdf
- Data publikacji:
- 2022
- Wydawca:
- Poltegor-Instytut Instytut Górnictwa Odkrywkowego
- Tematy:
-
spoil
numerical modelling
constitutive model
rocking
cyclic loading
zwałowisko
modelowanie numeryczne
model konstytutywny
przechylenie
obciążenie cykliczne - Opis:
-
Revitalisation options for mine spoil heaps is an important issue to consider when planning for post-mining land use. One option is the installation of wind turbines on the spoil heaps, which provide a sustainable energy source. This option poses challenges for foundation design due to the nature of the spoil material, which is usually highly heterogeneous due to the way spoils are deposited, and can contain high proportions of high-plasticity cohesive soils (clay). This paper presents results obtained using an advanced constitutive model that was developed to simulate cohesive mine spoil behaviour and presents model results for the prediction of foundation response under both monotonic and cyclic loading. The model is a modified version of the original isotropic bounding surface plasticity model that additionally involves a damaged-based plastic modulus in order to realistically represent soil strength degradation induced by cyclic action. The model is used for the simulation of shallow foundations for onshore wind turbines on a cohesive clay with a heterogeneous (linearly increasing) undrained shear strength (random spatial variability is not considered). Two different loading scenarios of a shallow strip foundation are considered in the paper: a pure moment-vertical loading (M-V), and a moment-horizontal-vertical loading (M-H-V). The effect of the adopted spoil-foundation interface type is also considered: (1) a fully-bonded interface and (2) a tensionless interface. Results demonstrate that, though the vertical bearing capacity is only slightly affected by the interface properties, the moment capacity is shown to be strongly influenced by the predefined contact conditions. For the footing system under M-H-V loading, a dominant footing uplift mechanism is obtained for light structures and the opposite holds for heavily loaded structures, where significant settlement accumulation occurs during cyclic loading. Based on the analysis, the moment bearing capacity of the footing system decreases as the slenderness ratio and/or the vertical safety factor increase, and the opposite mechanism is obtained as the strength heterogeneity degree increases.
Możliwości rewitalizacji zwałowisk są ważnym zagadnieniem przy planowaniu zagospodarowania terenów pogórniczych. Jedną z opcji jest instalacja na hałdach turbin wiatrowych, które stanowią zrównoważone źródło energii. Opcja ta stanowi wyzwanie dla projektowania fundamentów biorąc pod uwagę charakter materiału zwałowego, który ze względu na sposób deponowania jest zwykle wysoce niejednorodny i może zawierać dużo wysokoplastycznych gruntów spoistych (iłów). W artykule przedstawiono wyniki uzyskane przy użyciu zaawansowanego modelu konstytutywnego, który został opracowany w celu symulacji zachowania spoistego materiału zwałowego oraz zaprezentowano wyniki modelowania dla przewidywania reakcji fundamentu będącego zarówno pod obciążeniem monotonicznym jak i cyklicznym. Model jest zmodyfikowaną wersją oryginalnego izotropowego modelu plastyczności powierzchni granicznej, który dodatkowo zawiera moduł plastyczności oparty na zniszczeniu w celu realistycznego przedstawienia degradacji wytrzymałości gruntu wywołanej działaniem cyklicznym. Model jest wykorzystywany do symulacji płytkich fundamentów turbin wiatrowych na iłach spoistych o niejednorodnej (liniowo wzrastającej) wytrzymałości na ścinanie bez odpływu (nie uwzględniono losowej zmienności przestrzennej). W pracy rozpatrzono dwa różne scenariusze obciążenia płytkiej ławy fundamentowej: czyste obciążenia moment-pionowe (M-V) oraz obciążenia moment-poziome-pionowe (M-H-V). Rozważono również wpływ przyjętego rodzaju styku zwałowisko-fundament: (1) całkowicie związany oraz (2) beznaprężeniowy. Wyniki pokazują, że choć nośność pionowa tylko w niewielkim stopniu zależy od właściwości styku, to okazuje się, że nośność momentu jest silnie uzależniona od zdefiniowanych wcześniej warunków kontaktowych. Dla systemu stopy fundamentowej pod obciążeniem M-H-V, w przypadku lekkich konstrukcji uzyskuje się dominujący mechanizm unoszenia stopy, a w przypadku konstrukcji silnie obciążonych odwrotny, gdzie podczas cyklicznego obciążenia następuje znaczna akumulacja osiadań. Na podstawie przeprowadzonej analizy można stwierdzić, że nośność systemu stopy fundamentowej maleje wraz ze wzrostem współczynnika smukłości i/lub pionowego współczynnika bezpieczeństwa, a odwrotny mechanizm uzyskuje się wraz ze wzrostem stopnia niejednorodności wytrzymałości. - Źródło:
-
Górnictwo Odkrywkowe; 2022, 63, 3; 43--50
0043-2075 - Pojawia się w:
- Górnictwo Odkrywkowe
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł