The assessment of calculations of the impact of a sinkhole on the construction of a low-rise building

Abstract


The aim of the study was to determine the stress-strain state of low-rise building structures when a karst sinkhole forms under columns and columnar foundations. The authors solved the following tasks to achieve the stated goal: 1) a review of the study of the issue was carried out; 2) a variant calculation of the stress-strain state of the frame during the formation of a karst sinkhole under the columns was carried out; 3) the obtained results were analyzed, conclusions on the work were formulated. The object of study was a three-story boiler house building. The karst rocks at the base of the building’s foundation are limestones with dolomite interlayers. The average diameter of the karst sinkhole in the studied area is 2.27 m. It is not possible to carry out full-scale experiments with the formation of a karst sinkhole, therefore this problem is solved using numerical methods. Much attention is given to calculations in the «LIRA» software package on modeling karst sinkholes under columns and excluding columns from operation due to soil failure under the column. The calculation showed that with various placement options for the karst sinkhole, a redistribution of forces in the building structures occurs, and emergency collapse does not happen. In this case, the loads are distributed to adjacent frame elements, and rafter trusses are provided to prevent destruction of the building frame. Foundation of the building are capable of withstanding the loads acting on them and ensuring safe operation of the considered structure with 30 placement options for the karst sinkhole with a diameter of up to 2.27. The column in axes «7/A» will be most unfavorable location for the karst sinkhole because internal and external loads in this area are maximum. The article is of interest to designers, geotechnical engineers, and builders.

Full Text

2

About the authors

E. N Akbulyakova

Perm National Research Polytechnic University

V. S Nefedov

Perm National Research Polytechnic University

References

  1. Numerical investigation on the mechanical behaviour of karst sinkholes / M.H. Soliman, R. Shamet, Y.J. Kim, H. Youn, B.H. Nam // Environmental Geotechnics. – 2019. – Vol. 8, iss. 6. – P. 367–381. doi: 10.1680/jenge.18.00063
  2. Sinkhole stability chart for geotechnical investigation / K. Park, M. Soliman, Y.J. Kim, B.H. Nam // Transportation Geotechnics. – 2024. – Vol. 45. doi: 10.1016/j.trgeo.2024.101191
  3. A multi-geophysical approach to assess potential sinkholes in an urban area / R. Liu, H. Sun, J. Qin, Z. Zheng // Engineering Geology. – 2023. – Vol. 318. doi: 10.1016/j.enggeo.2023.107100
  4. Evaluation of groundwater flow through a high rockfill dam foundation in karst area in response to reservoir impoundment / Y.F. Chen, J. Yuan, G. Wang, J. Xu, R. Hu, Zh.Yang // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. – 2022. – Vol. 160. doi: 10.1016/j.ijrmms.2022.105268
  5. Кочев, А.Д. Изучение механизма образования карстово-суффозионных воронок в г. Москве / А.Д. Кочев // Инженерная геология. – 2021. – Т. ХVI, № 4. – С. 34–45. doi: 10.25296/1993-5056-2021-16-4-34-45
  6. Шарапов, Р.В. Показатели наблюдения и оценки карстовых процессов / Р.В. Шарапов // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2013. – № 1. – С. 28–34.
  7. Bearing behavior of rock socketed pile in limestone stratum embedded with a karst cavity beneath pile tip / G. Han, H. Zhang, Zh. Wang, Y. Wang, N. Geng, P. Guo, X. Li, Y. Zhao, H. Lin, Y. Wang // Case Studies in Construction Materials. – 2023. – Vol. 18. DOI: 10.1016/ j.cscm.2023.e02203
  8. Performance of a deep excavation and the influence on adjacent piles: A case history in karst region covered by clay and sand / Y. Yang, C. Chen, Ch. Liu, L. Huang, W. Chen, N. Lin, J. Cui, W. Xie // Underground Space. – 2023. – Vol. 8. doi: 10.1016/j.undsp.2022.03.004
  9. Intelligent analysis method for the global vertical displacement field of foundation pits in dense karst cave areas / J. Liao, Ch. Lin, Ch. Lan, Y. Wu, Zh. Liu, C. Zhou // Engineering Applications of Artificial Intelligence. – 2024. – Vol. 137, Part B. doi: 10.1016/j.engappai.2024.109178
  10. A system for inspecting karst voids during construction of cast-in-place pile foundations / L. Liu, Zh. Shi, Sh. Li, M. Peng, F. Tao // Engineering Geology. – 2023. – Vol. 320. doi: 10.1016/j.enggeo.2023.107124
  11. Detection of karst voids at pile foundation by full-waveform inversion of single borehole sonic data / L. Liu, Zh. Shi, G.P. Tsoflias, M. Peng, Y. Wang // Soil Dynamics and Earthquake Engineering. – 2022. – Vol. 152. doi: 10.1016/j.soildyn.2021.107048
  12. Результаты экспериментальных исследований взаимодействия моделей перекрестно-балочного фундамента и наклонного основания при влиянии карстово-обвальных процессов / C.И. Евтушенко, Е.В. Зеленин, Б.Ю. Барыкин, А.Б. Барыкин // Construction and Geotechnics. – 2024. – Т. 15, № 3. – C. 26–41. doi: 10.15593/2224-9826/2024.3.03
  13. Тер-Мартиросян, А.З. Оценка влияния карстово-суффозионных процессов на здания и сооружения различного назначения / А.З. Тер-Мартиросян, Г.О. Анжело, Ю.В. Ванина // Промышленное и гражданское строительство. – 2024. – № 9. – С. 34–40. doi: 10.33622/0869-7019.2024.09.34-40
  14. Вайнштейн, М.С. Расчеты многоэтажных жилых зданий для строительства в Москве с учетом потенциальной опасности проявления карстовых процессов / М.С. Вайнштейн // Промышленное и гражданское строительство. – 2013. – № 5. – С. 47–49.
  15. Золотозубов, Д.Г. Расчеты армированных грунтовых оснований при возникновении карстовых провалов / Д.Г. Золотозубов, А.Б. Пономарев // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2010. – № 18(37). – С. 19–22.
  16. Барыкин, А.Б. Разработка методики расчета перекрестно-балочного фундамента на наклонном основании, осложненного карстово-провальными процессами / А.Б. Барыкин, Б.Ю. Барыкин, Е.В. Зеленин // Вестник МГСУ. – 2024. – Т. 19, № 9. – С. 1494–1504. doi: 10.22227/1997-0935.2024.9.1494-1504
  17. Готман, А.Л. Метод расчета свайных ленточных фундаментов при образовании карстового провала / А.Л. Готман, Р.Н. Магзумов // Вестник МГТУ. – 2014. – № 2. – С. 74–83.
  18. Лодыгина, Н.Д. Расчет свайных фундаментов на прочность и устойчивость с учетом карстовых процессов / Н.Д. Лодыгина // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2016. – № 1(27). – С. 14–18.
  19. Егерева, Э.Н. Расчет несущей способности фундамента на закарстованной территории / Э.Н. Егерева, В.А. Кирпичникова // Промышленное и гражданское строительство. – 2023. – № 1. – С. 51–57. doi: 10.33622/0869-7019.2023.01.51-57
  20. Влияние способа моделирования свайного фундамента на напряженно-деформированное состояние каркаса здания сложной геометрической формы / Э.К. Агаханов, Г.М. Кравченко, Е.В. Труфанова, М.К. Агаханов // Системные технологии. – 2023. – № 1(46). – С. 131–139. doi: 10.55287/22275398_2023_1_131.

Statistics

Views

Abstract - 154

PDF (Russian) - 29

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2025 Akbulyakova E.N., Nefedov V.S.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies