Безопасность нефтегазовой инфраструктуры России во многом зависит не от прочности стали или бетона, а от того, что скрыто под ними — от устойчивости глинистых грунтов. Почти половина страны стоит именно на них, и именно они чаще всего подводят: сжимаются, как пластилин под пальцами, и уже не возвращаются к прежней форме. Каждый цикл заполнения и опорожнения резервуара — словно удар маятника по усталому основанию. За годы эксплуатации таких циклов набирается до двух тысяч, и накопленные микродеформации превращаются в перекосы, трещины и аварии.
Современные методы укрепления — щебеночные подушки, замена слоев, уплотнение — не решают проблему полностью. Они не учитывают, как ведет себя грунт в долгосрочной перспективе: расчеты исходят из «молодого» состояния почвы, но не из ее «усталости». Особенно уязвимы слабые водонасыщенные глины, которые даже при усилении продолжают неуклонно проседать.
Команда Пермского Политеха предложила решение, способное изменить подход к расчету таких рисков. Исследователи разработали методику, которая с точностью более 99% прогнозирует, как поведет себя основание резервуара на протяжении всего срока службы. При этом нужен всего один параметр — показатель текучести глины.
В лаборатории специалисты испытали реальные аллювиальные глины — именно на таких почвах чаще всего размещаются нефтехранилища и заводы. Пробы подвергали циклическим нагрузкам в одометре, имитирующем давление резервуара. Уже через десять циклов стало ясно: грунт «устает», теряя способность восстанавливаться. В первые 7−9 циклов формируется до 93% необратимой деформации, после чего почва ведет себя упруго, но все же продолжает проседать — миллиметр за миллиметром.
На основе полученных данных в программе PLAXIS 2D создали цифровую модель резервуара объемом 3000 м³. Впервые удалось вывести простые и точные формулы, связывающие показатель текучести глины с величиной просадки. Теперь можно предсказать, где основание начнет «плыть», еще до начала строительства.
Расчеты показали, что за первые десять циклов эксплуатации грунт проседает дополнительно на 10% от общей осадки, а при двадцати — лишь на 2,4−4,1%. Это объясняется тем, что массив земли работает как единая система и частично гасит нагрузку. Такой подход помогает избежать ненужных затрат на избыточное укрепление там, где оно не требуется, и вовремя усилить слабые участки.
Разработанная методика делает строительство нефтехранилищ безопаснее и экономичнее, снижая риск аварий и разливов — а значит, защищая экономику и экологию целых регионов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что на Дону снизили стоимость бетона с помощью строительных отходов.
