Simulation of the soil washing-out and cavitation outside the concrete casing in the process of spillway operation

Abstract

Chemical and mechanical processes of the buried concrete elements breakage, water filtration through the damaged concrete into enclosing soil, and cave formation due to the soil washing-out were studied with the help of computer simulation. The authors created several mathematical models which describe: moisture diffusive transfer in the porous structure of concrete with taking into account water participation in the chemical reactions; changes in the stress state of the buried concrete constructions and strength retrogression caused by high humidity and corrosive medium; and water filtration through the damaged concrete into enclosing soil. The models adequacy was verified by a set of full-scale experiments. The data obtained by the calculations were successfully applied during reconstruction of hydraulic objects in the mine Colliery Group «Pokrovskoye».

Для дослідження процесів хімічного та механічного руйнування заглиблених бетонних споруд, фільтрації рідини крізь бетон до ґрунту, що вміщує споруду, вимивання порожнин було застосовано метод математичного моделювання. Авторами розроблено математичні моделі, що описують дифузійний перенос вологи в пористій структурі бетону з урахуванням участі води в хімічних реакціях, зміну напруженого стану заглиблених бетонних конструкцій з урахуванням зниження міцності бетону внаслідок підвищеної вологості та під дією агресивного середовища, фільтрацію рідини крізь порушений бетон до ґрунту. Для верифікації було проведено серію натурних експериментів, які показали адекватність розроблених моделей. В результаті розрахунків отримано дані, що успішно застосовані при реставрації водовідних споруд ШУ «Покровське».

Для исследования процессов химического и механического разрушения заглубленных бетонных сооружений, фильтрации жидкости через бетон во вмещающий грунт, вымывания полостей использовался метод математического моделирования. Авторами разработаны математические модели, описывающие диффузионный влагоперенос в пористой структуре бетона с учетом участия воды в химических реакциях, изменение напряженного состояния заглубленных бетонных конструкций с учетом снижения прочности бетона вследствие повышенной влажности и под действием агрессивной среды, фильтрацию жидкости через нарушенный бетон во вмещающий грунт. Для верификации были проведены серии натурных экспериментов, показавшие адекватность разработанных моделей. В результате расчетов были получены данные, успешно использованные при реставрации водопроводящих сооружений ШУ «Покровское».