Grant NCBR MarTERA-2/NuLlMAS/3/2021

Numeryczne modelowanie upłynnienia wokół konstrukcji morskich

Czas realizacji: 01.09.2020r. – 31.12.2023r.

Partnerzy projektowi:

• TU Braunschweig Leichtweiss-Institute for Hydraulic Engineering and Water Resources, Division of Hydromechanics, Coastal and Ocean Engineering, Niemcy
• Instytut Budownictwa Wodnego PAN (Zakład Geomechaniki i Zakład Mechaniki Falowania i Dynamiki Budowli), Polska
• PROJMORS Biuro Projektów Budownictwa Morskiego sp. z o.o., Polska
• Großmann Ingenieur Consult (GICON) GmbH Research/Technological Development, Niemcy
• WIKKI Gesellschaft für numerische Kontinuumsmechanik mbH R&D, Niemcy
• BM SUMER Consultancy & Research R&D, Turcja

Cel badań: rozpoznanie i opisanie zjawisk zachodzących w podłożu gruntowym bezpośrednio przed, w trakcie i po upłynnieniu.

Główne stosowane metody badawcze: badania eksperymentalne w małej skali (wykonywane w kanale falowym IBW PAN) oraz w dużej skali (realizowane w Hanowerze),symulacje numeryczne z zastosowaniem OpenFOAM.

Spodziewane efekty: opracowanie zestawu ogólnodostępnych narzędzi numerycznych, które będą mogły być wykorzystane do modelowania upłynniania podłoża gruntowego wokół konstrukcji morskich.

Krótki opis: Celem projektu jest rozwinięcie aktualnego stanu wiedzy na temat możliwości upłynnienia się dna morskiego pod wpływem różnego rodzaju obciążeń (takich jak: obciążenie od falowania, posadowienia/instalacji fundamentu itd.), na które narażone są konstrukcje offshore pracujące w warunkach rzeczywistych. Zjawisko upłynnienia gruntu polega na nagłej utracie zdolności do przenoszenia obciążeń przez nawodniony grunt niespoisty na skutek zewnętrznego zaburzenia (takiego jak: trzęsienie ziemi, sztorm, wybuch, oddziaływanie fal; obciążenia od instalacji konstrukcji morskich)). Upłynnienie podłoża gruntowego stanowiącego dno morskie może powodować katastrofalne uszkodzenia konstrukcji morskich (np. zatonięcie fundamentów, zalanie lub wypłynięcie zakopanych rurociągów itd.), a także ich nadmierne przemieszczenia. Dlatego bardzo ważne jest prawidłowe określenie możliwości upłynnienia gruntu w miejscu planowanych inwestycji. Głównym efektem wykonania prac projektowych jest opracowanie zestawu narzędzi numerycznych, które mogą być wykorzystane do określenia potencjału do upłynnienia podłoża gruntowego. W celu osiągnięcia założonego efektu docelowego zaplanowano cykl badań eksperymentalnych i serie symulacji numerycznych. Badania eksperymentalne przeprowadzone będą zarówno w małej skali (w kanale IBW PAN), jak i w dużej skali (kanał falowy w Hanowerze). Celem wykonywanych eksperymentów jest określenie warunków (parametrów ruchu falowego oraz obciążeń od odziaływania fundamentów), w których dochodzi do upłynnienia podłoża gruntowego oraz przeanalizowanie zmian wartości ciśnień porowych generowanych w podłożu gruntowym bezpośrednio przed, w trakcie i po upłynnieniu. Uzyskane wyniki mają pozwolić na identyfikację kluczowych parametrów decydujących o potencjale do upłynnienia podłoża gruntowego. Zostaną one wykorzystane do zwalidowania poprawności działania zestawu narzędzi numerycznych. Opracowany model numeryczny zostanie zaimplementowany w środowisku OpenFOAM i może być wykorzystywany zarówno przy projektowaniu fundamentów i zakotwień konstrukcji morskich, jak również być stosowany przez innych naukowców zajmujących się problemem upłynniania podłoża gruntowego w celu odwzorowania przebiegu procesu jego upłynnienia.

Koszty ogółem: 1036374,97zł w tym kwota dofinansowania z NCBR 1027880,05 zł

Projekt współfinansowany/finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju w ramach programu MarTERA.