21. Компьютерная программа для решения геотехнических и

ИННОВАЦИОННЫЙ ПРОЕКТ
«КОМПЬЮТЕРНАЯ ПРОГРАММА ДЛЯ РЕШЕНИЯ
ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ ПРИ
ЗАСТРОЙКЕ ОПОЛЗНЕОПАСНЫХ ТЕРРИТОРИЙ»
НОМИНАЦИЯ:
реализованный / готовый к реализации проект
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
Целью настоящего исследования является внедрение в инженерную
практику строительных и проектных организаций компьютерной программы
«Устойчивость
(напряженно-деформированное
состояние)»,
предназначенной для решения геотехнических и геоэкологических задач в
рамках реализации Федеральной целевой программы «Жилище» при
застройке оползнеопасных территорий, что предусматривает создание ее
коммерческой версии.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ ИНИЦИАТОРЕ
Инициатором
проекта
архитектурно-строительный
является
Волгоградский
университет,
государственный
представляемый
авторским
коллективом в составе:
1.
Богомолов Александр Николаевич – доктор технических наук,
профессор, проректор по научной работе ВолгГАСУ, заведующий кафедрой
«Гидротехнические и земляные сооружения» - руководитель.
2.
Нестратов Михаил Юрьевич – кандидат технических наук,
доцент кафедры «Гидротехнические и земляные сооружения»;
3.
Степанов Михаил Михайлович – кандидат технических наук,
профессор кафедры «Прикладная математика и вычислительная техника»;
4.
Потапова Наталья Николаевна - кандидат технических наук,
доцент кафедры «Прикладная математика и вычислительная техника»;
5.
Богомолова Оксана Александровна - кандидат технических наук,
доцент кафедры «Прикладная математика и вычислительная техника»
ОПИСАНИЕ ПРОДУКЦИИ (УСЛУГ)
Актуальность проекта
Проектирование
и
строительство
зданий
и
сооружений
на
оползнеопасных территориях является весьма актуальным и ответственным
направлением особенно в условиях города Волгограда, протянувшегося
более чем на 100км по правому оползневому берегу реки Волга.
Разработано множество расчетных моделей и методов для определения
степени устойчивости откосов, склонов и сил оползневого давления, однако
получаемые с их помощью результаты практически всегда значительно
отличаться друг от друга, и не отражают адекватно реального состояния
исследуемого объекта.
Это объясняется наличием большого количества не всегда корректных
допущений и недостатков, присущих существующим методам расчета и
компьютерным программам, в которых проведена их формализация: тела
призмы
скольжения
при
расчетах
заменяются
системой
блоков,
взаимодействие между которыми порой не учитывается; в большинстве
случаев рассматривается лишь одна вертикальная составляющая полного
напряжения (весьма приближенно) в точках грунтового массива; форма и
положение наиболее вероятных поверхностей разрушения задаются заранее
известными, не зависящими от физико-механических свойств грунтов,
геометрии откоса, поверхностных нагрузок; не соблюдается условие
неразрывности полей напряжений в грунтовом массиве; не учитывается
влияние коэффициент бокового давления грунта о и подошвы откоса на его
напряженно-деформированное состояние и многое другое.
В анонсируемой компьютерной программе, формализован расчетный
метод, свободный от большинства из перечисленных выше недостатков,
который позволяет достоверно оценивать и прогнозировать степень
активности склоновых процессов, обеспечивать безопасность зданий,
сооружений и коммуникаций, проживающего здесь населения, проводить
расчет и проектирование противооползневых сооружений. Все это будет,
безусловно, способствовать реализации Федеральной целевой программы
«Жилище»
при
малоэтажной
застройке
оползнеопасных
территорий
Волгограда и Волгоградской области.
Научная новизна продукции
Научная новизна продукции заключается в том, что практически
впервые создана компьютерная программа для решения геотехнических и
геоэкологических задач, адаптированная для инженерно-геологических
условий Волгограда и Волгоградской области и предназначенная для
решения проблем, возникающих при реализации Федеральной целевой
программы
«Жилище»
при
малоэтажной
застройке
оползнеопасных
территорий.
В программе впервые формализован метод построения наиболее
вероятной поверхности скольжения и вычисления величины коэффициента
устойчивости, основанный на основе анализа напряженно-деформированного
состояния грунтового массива.
При использовании программы существует возможность отработки
граничных условий, накладываемых на конечно-элементную расчетную
схему, при помощи аналитических решений основных граничных задач для
полуплоскости с криволинейной границей, полученных в ВолгГАСУ
методами теории функций комплексного переменного и формализованных в
пакет прикладных компьютерных программ ASV32.
Возможности программы
Расчетная программа «Устойчивость (напряженно-деформированное
состояние) предназначена для решения сложных геотехнических задач на
этапах строительства, эксплуатации и реконструкции зданий и сооружений,
расположенных на оползнеопасных территориях.
Кроме
того,
программа
находит
применение
во
всех
видах
традиционной
геотехнической
инженерии:
она
используется
при
проектировании дамб и водохранилищ, сооружении фундаментов и
оснований, насыпей, котлованов и подпорных стенок, укреплении откосов,
расширении
дорог,
перемещении
плотин,
проектировании
тоннелей,
проходческих щитов, станций метро.
Пользователь имеет возможность:
1. Создавать расчетные схемы в режиме черчения cad с учетом
неоднородности строения грунтового основания, геометрии сооружения,
действующих нагрузок и граничных условий.
2. Выполнять автоматическую разбивку расчетной
области
на
треугольные конечные элементы с возможностью общего и локального
измельчения сетки.
3. Моделировать этапы строительства, темпов возведения, условий
работы конструкции и грунтового основания.
4. Моделирования грунтов с применением моделей, апробированных
в современных геотехнических расчетах (упругопластическая модель
Кулона-Мора, модель слабого грунта типа cam-clay, реологическая модель с
учетом ползучести грунта, упругопластическая модель упрочняющегося
грунта, упругопластическая модель анизотропного скального грунта).
5. Создавать оперативные базы данных по физико-механическим
характеристикам грунтов и конструкционных материалов, использованных в
проектах.
6. Выполнять расчет напряжений и деформаций в элементах системы
«основание-фундамент-сооружение».
7. Выполнять расчет начального напряженного состояния грунтового
массива с учетом процесса его формирования.
8. Расчет несущей способности грунтовых оснований и устойчивости
грунтовых сооружений.
9. Проводить оперативный визуальный анализ развития напряженнодеформированного состояния в любой области расчетной схемы на любом
этапе расчетов с помощью графических материалов (таблицы, эпюры,
изолинии, графики, анимационное представление).
Пользователь
имеет
возможность
выполнять
специфические
операции, связанные с расчетом устойчивости откосов и склонов и
проектированием
противооползневой
напряженно-деформированного
защиты:
состояния
проводить
неоднородных
анализ
грунтовых
массивов сложного поперечного сечения; выполнять расчет величины
коэффициентов запаса устойчивости откосов и склонов и величины сил
оползневого давления как исходных параметров при проектировании и
расчете противооползневых удерживающих конструкций и подпорных
сооружений; определять рациональные параметры откосов и склонов с целью
сокращения объемов земляных работ при вертикальной планировке
городских
территорий;
прогнозирование
длительной
устойчивости
грунтовых массивов и определение времени их безопасной эксплуатации;
решения других прикладных задач геотехники и геоэкологии.
АНАЛИЗ
РЫНКА
(РЫНОК
СБЫТА,
РЫНОК
СЫРЬЯ,
КОНКУРЕНТЫ)
На сегодняшний день лидерами среди ПО для выполнения расчетов
оснований и фундаментов являются:
1)
PLAXIS
(Голландия);
стоимость
одной
лицензии
которой
варьируется в зависимости от «комплектации» и назначения модулей в
следующем диапазоне:
3D Suite (all 3D products) – 22.000€
2D Suite (all 2D products) – 11.700€
PLAXIS 2D V9 – 8.900€
3DFoundation V2 – 15.000€
3DTunnel V2 – 10.000€
2) ANSYS, модуль CivilFEM Geotechnical (геотехнический модуль)
стоимостью порядка 50 000$
3) Lira 9.4 стоимостью порядка 200 000 руб.
ФИНАНСОВЫЙ И ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ПЛАН
Для создания коммерческой версии программы необходимо:
1. Создание рабочей группы по реализации инновационного проекта в
составе:
– директор;
– бухгалтер;
– маркетолог/специалист по связям с общественностью;
– ведущий программист;
– программист (1-2 чел.)
2. Проведение
программного
маркетинговых
обеспечения
исследований
для
решения
рынка
инженерного
прикладных
задач
геомеханики.
3. Организация и проведение рекламной кампании по продвижению
разработанной программы на рынке инженерного ПО:
– разработка дизайна логотипа и названия программы;
– создание информационных буклетов с возможностями программы;
– рассылка информационных материалов, в том числе и буклетов, по
специализированным организациям;
– участие в выставках и конференциях, посвященных вопросам
проектирования фундаментов и геотехнике;
– организация и проведение мастер-классов на базе университета по
обучению инженеров-проектировщиков пользованию данным
программным продуктом.
4. Доработка программы до коммерческой версии:
–
перевод
исходного
кода
программы
на
язык
программирования C++ с целью:
а) создание полноценного GDI-интерфейса с расширенными
возможностями графики;
б)
создание
более
мощного
и
высокоскоростного
математического аппарата для расчета предлагаемых задач;
в) возможности интеграции и импорта данных из других
инженерных программ в общепринятых форматах (dwg, dwt
и пр.);
– создание модуля, позволяющего учитывать фильтрационные
процессы, процессы консолидации грунта, реологические свойства
грунтов, сейсмические воздействия;
– создание инсталляционного пакета на CD/DVD;
– разработка руководства пользования программой (мануала);
– разработка демонстрационной версии программы.
Проведение испытаний и соответствующих им тестовых
примеров в данной программе.
Для выполнения указанного выше комплекса мероприятий по
реализации инновационного проекта, необходимо 2 млн. руб. на период
1 год.
Ориентировочная
стоимость
территории РФ составит 7 000$
одной
лицензии
программы
на