А.В. Костерин, Э.В. Скворцов
Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия
Полный текст PDF
DOI: 10.26907/2541-7746.2019.2.191-204

Для цитирования: Костерин А.В., Скворцов Э.В. Фильтрационная консолидация упругого полупространства под нормальной нагрузкой // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 3. – С. 355–364. – doi: 10.26907/2541-7746.2019.3.355-364.
For citation: Kosterin A.V., Skvortsov E.V. Seepage consolidation under space deformation of elastic half-space. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2019, vol. 161, no. 3, pp. 355–364. doi: 10.26907/2541-7746.2019.3.355-364. (In Russian)
 

Аннотация

Исследована фильтрационная консолидация упругого насыщенного полупространства в условиях пространственной деформации под действием произвольной нормальной нагрузки, мгновенно приложенной к поверхности полупространства. Жидкость и зерна скелета предполагались несжимаемыми. Целью исследования явилось получение аналитических представлений для основных характеристик консолидации. Для этого использована математическая модель консолидации с привлечением уравнений совместности деформаций. Сумма эффективных нормальных напряжений найдена как решение первой краевой задачи для уравнения теплопроводности в полупространстве. Далее решена первая краевая задача для вспомогательной функции, удовлетворяющей уравнению Лапласа. Это позволило получить в явном виде выражения для давления жидкости и суммы полных нормальных напряжений. Кроме того, определена осадка поверхности полупространства. В качестве иллюстрации предложенного подхода даны примеры определения характеристик консолидации при сосредоточенной нагрузке на поверхность полупространства, равномерно распределенной нагрузке по площадям круга и квадрата. Найдена максимальная осадка центра квадрата вследствие процесса консолидации. Полученные результаты могут найти применение в качестве тестов при использовании численных методов решения задач фильтрационной консолидации.

Ключевые слова: консолидация, упругое полупространство, нагрузка, давление

Благодарности. Авторы выражают благодарность Ф.М. Кадырову за помощь при подготовке работы к печати.

Литература

1. Терцаги К. Теория механики грунтов. – М.: Госстройиздат, 1961. – 507 с.

2.  Герсеванов Н.М. Основы динамики грунтовой массы. – М.; Л.: Госстройиздат, 1937. – 241 с.

3.  Флорин В.А. Теория уплотнения земляных масс. – М.: Госстройиздат, 1948. – 284 с.

4.  Флорин В.А. Основы механики грунтов. Т. 1. – М.; Л.: Госстройиздат, 1959. – 357 с.

5.  Biot M.A. General theory of three-dimensional consolidation // J. Appl. Phys. – 1941. – V. 12, No 2. – P. 155–164. – doi: 10.1063/1.1712886.

6.  Biot M.A. Consolidation settlement under rectangular load distribution // J. Appl. Phys. – 1941. – V. 12, No 5. – P. 426–430. – doi: 10.1063/1.1712921.

7.  Biot M.A. General solutions of the equations of elasticity and consolidation for a porous materials // J. Appl. Mech. – 1956. – V. 23, No 1. – P. 91–96.

8.  Николаевский В.Н., Басниев К.С., Горбунов А.Т., Зотов Г.А. Механика насыщенных пористых сред. – М.: Недра, 1970. – 335 с.

 9.  Николаевский В.Н. Механика пористых и трещиноватых сред. – М.: Недра, 1984. – 232 с.

 10.  Bear J., Corapcioglu M.Y. Fundamentals of Transport Phenomena in Porous Media. – Dordrecht: Martinus Nijhoff Publ., 1984. – 1003 p.

 11.  Coussy O.  Mechanics and Physics of Porous Solids. – London: John Wiley and Sons, 2010. – 300 p.

12.  Shiffman R.L. A bibliography of consolidation // Bear J., Corapcioglu M.Y. Fundamentals of Transport Phenomena in Porous Media. – Dordrecht: Martinus Nijhoff Publ., 1984. – P. 617–669.

13.  Selvadurai A.P.S. The analytical method in geomechanics // Appl. Mech. Rev. – 2007. – V. 60, No 3. – P. 87–106. – doi: 10.1115/1.2730845.

14.  Костерин А.В., Скворцов Э.В. Фильтрационная консолидация упругого полупространства под осесимметричной нагрузкой // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. – 2014. – № 5. – С. 74–80.

15.  Костерин А.В., Скворцов Э.В. Фильтрационная консолидация при плоской деформации упругого полупространства // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. – 2018. – № 2. – С. 99–104. – doi: 10.7868/S0568528118020093.

16.  Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. – М.: Наука, 1979. – 560 с.

17.  Егоров А.Г., Костерин А.В., Скворцов Э.В. Консолидация и акустические волны в насыщенных пористых средах. – Казань: Изд-во Казан. ун-та, 1990. – 102 с.

18.  Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. – М.: Мир, 1989. – 509 с.

19.  Detornay E., Cheng A.H.-D. Fundamentals of poroelasticity // Hudson J.A. Comprehensive Rock Engineering: Principles, Practice and Projects. V. 2 – Oxford, UK: Pergamon Press, 1993. – P. 113–171.

20.  Полянин А.Д.  Справочник по линейным уравнениям математической физики. – М.: Физматлит, 2001. – 576 с.

21.  Костерин А.В., Скворцов Э.В.  Консолидация упругого полупространства под нормальной нагрузкой по площади квадрата // Изв. вузов. Матем. – 2016. – № 10. – С. 76–79.

22.  Kosterin A.V., Skvortsov E.V.  Analytical formula for integral whose kernel containing error function // Lobachevskii J. Math. – 2016. – V. 37, No 3. – P. 266–267. – doi: 10.1134/S199508021603015X.

23.  Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И.  Интегралы и ряды. Специальные функции. – М.: Наука, Физматлит, 1983. – 750 с.

Поступила в редакцию

19.12.18

Костерин Александр Васильевич, доктор физико-математических наук, профессор кафедры аэрогидромеханики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail:  Alexander.Kosterin@kpfu.ru

 

Скворцов Эдуард Викторович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры теоретической механики

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail:  Eduard.Scvortsov@mail.ru

 

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.