On the role of coating defects in the form of cracks for the destruction of the pre-landslide structure

Authors

  • Babeshko V.A. Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation
  • Evdokimova O.V. Southern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don, Russian Federation
  • Babeshko O.M. Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation
  • Khripkov D.A. Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation
  • Bushueva O.A. Kuban State University, Krasnodar, Russian Federation
  • Evdokimov V.S. Southern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don, Russian Federation
  • Telyatnikov I.S. Southern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don, Russian Federation
  • Uafa S.B. Southern Scientific Center, Russian Academy of Science, Rostov-on-Don, Russian Federation

UDC

539.3

EDN

ONCALB

DOI:

10.31429/vestnik-18-1-23-31

Abstract

In this paper, the block element method is used to construct a model of the pre-landslide state of a block structure consisting of a water-saturated medium and an elastic coating, taking into account the formation of a crack in the coating. The spatial pre-landslide structure occupies an unlimited cylindrical region, in the cross section of which is the third quadrant. It is filled with a medium described by the anisotropic Helmholtz equation, which is extremely fluid among other water-saturated media. Taking into account the physical and mechanical properties of the pre-landslide structure, it is a vertical deformable containment wall with a deformable horizontal coating, called the sarcophagus of the landslide environment. To construct a model that is adequately formulated, we consider the boundary value problem for the three-dimensional Helmholtz equation in the specified domain, taking into account the presence of deformable walls and coverings. The block element method is used to construct an exact solution of the boundary value problem for the accepted coatings on the membrane boundary. The properties of the crack formed in the sarcophagus membrane and the consequences of its development for the destruction of the pre-landslide structure in the constructed model are investigated. All the results constructed for the Helmholtz equations, thanks to the approach outlined in the authors' latest publication in the Reports of the Russian Academy of Sciences, are transferred to materials of various rheological properties.

Keywords:

landslide phenomena, block element method, boundary value problem, crack membrane surface, anisotropic Helmholtz equation, pseudodifferential equations

Funding information

Отдельные фрагменты работы выполнены в рамках реализации Госзадания на 2021 г. Минобрнауки (проект FZEN-2020-0022), ЮНЦ РАН (проект 00-20-13) № госрег. 01201354241, и при поддержке грантов РФФИ (проекты 19-41-230003, 19-41-230004, 19-48-230014, 18-05-80008).

Authors info

  • Vladimir A. Babeshko

    академик РАН, д-р физ.-мат. наук, заведующий кафедрой математического моделирования Кубанского государственного университета, руководитель научных направлений математики и механики Южного научного центра РАН

  • Olga V. Evdokimova

    д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник Южного научного центра РАН

  • Olga M. Babeshko

    д-р физ.-мат. наук, главный научный сотрудник научно-исследовательского центра прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф Кубанского государственного университета

  • Dmitry A. Khripkov

    научный сотрудник Кубанского государственного университета

  • Olga A. Bushueva

    студентка магистратуры факультета компьютерных технологий и математики Кубанского государственного университета

  • Vladimir S. Evdokimov

    студент Кубанского государственного университета, лаборант Южного научного центра РАН

  • Ilya S. Telyatnikov

    канд. физ.-мат. наук, научный сотрудник лаборатории математики и механики Южного научного центра РАН

  • Samir B. Uafa

    младший научный сотрудник Южного научного центра РАН

References

  1. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 502 с. [Brekhovskikh L.M. Volny v sloistykh sredakh [Waves in layered media]. Nauka, Moscow, 1973. (In Russian)]
  2. Бабич В.М. О коротковолновой асимптотике функции Грина для уравнения Гельмгольца // Математический сборник. 1964. Т. 65. С. 577–630. [Babich V.M. O korotkovolnovoy asimptotike funktsii Grina dlya uravneniya Gel'mgol'tsa [On the short-wave asymptotics of the Green's function for the Helmholtz equation]. Matematicheskiy sbornik [Sbornik: Mathematics], 1964, vol. 65, pp. 577–630. (In Russian)]
  3. Бабич В.М., Булдырев В.С. Асимптотические методы в проблеме дифракции коротких волн. М.: Наука, 1972. 256 с. [Babich V.M., Buldyrev V.S. Asimptoticheskie metody v probleme difraktsii korotkikh voln [Asymptotic methods in the problem of short wave diffraction]. Nauka, Moscow, 1972. (In Russian)]
  4. Мухина И.В. Приближенное сведение к уравнениям Гельмгольца уравнений теории упругости и электродинамики для неоднородных сред // ПММ. 1972. Т. 36. С. 667–671. [Mukhina I.V. Priblizhennoe svedenie k uravneniyam Gel'mgol'tsa uravneniy teorii uprugosti i elektrodinamiki dlya neodnorodnykh sred [Approximate reduction to the Helmholtz equations of the equations of the theory of elasticity and electrodynamics for inhomogeneous media]. Prikladnaya matematika i mekhanika [Applied Mathematics and Mechanics], 1972, vol. 36, pp. 667–671. (In Russian)]
  5. Молотков Л.А. Исследование распространения волн в пористых и трещиноватых средах на основе эффективных моделей Био и слоистых сред. С.-Пб.-М.: Наука, 2001. 348 с. [Molotkov L.A. Issledovanie rasprostraneniya voln v poristykh i treshchinovatykh sredakh na osnove effektivnykh modeley Bio i sloistykh sred [Study of wave propagation in porous and fractured media based on effective Biot models and layered media]. Nauka, St.-Petersburg, Moscow, 2001. (In Russian)]
  6. Новацкий В. Теория упругости. М.: Мир, 1975. 872 с. [Novatskiy V. Teoriya uprugosti [Elasticity theory]. Mir, Moscow, 1975. (In Russian)]
  7. Новацкий В. Электромагнитные эффекты в твердых телах. М.: Мир, 1986. 160 с. [Novatskiy V. Elektromagnitnye effekty v tverdykh telakh [Electromagnetic effects in solids]. Mir, Moscow, 1986. (In Russian)]
  8. Ткачева Л.А. Колебания плавающей упругой пластины, при периодических смещениях участка дна // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 5 (273). С. 166–179. [Tkacheva L.A. Kolebaniya plavayushchey uprugoy plastiny, pri periodicheskikh smeshcheniyakh uchastka dna [Vibrations of a floating elastic plate, with periodic displacements of the bottom section]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 2005, vol. 46, no. 5 (273), pp. 166–179. (In Russian)]
  9. Ткачева Л.А. Плоская задача о колебаниях плавающей упругой пластины под действием периодической внешней нагрузки // Прикладная механика и техническая физика. 2004. Т. 45. № 5 (273). С. 136–145. [Tkacheva L.A. Ploskaya zadacha o kolebaniyakh plavayushchey uprugoy plastiny pod deystviem periodicheskoy vneshney nagruzki [Plane problem of vibrations of a floating elastic plate under the action of a periodic external load]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 2004, vol. 45, no. 5 (273), pp. 136–145. (In Russian)]
  10. Ткачева Л.А. Поведение плавающей пластины при колебаниях участка дна // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46. № 2 (270). С. 98–108. [Tkacheva L.A. Povedenie plavayushchey plastiny pri kolebaniyakh uchastka dna [Behavior of a floating plate during vibrations of the bottom section]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 2005, vol. 46, no. 2 (270), pp. 98–108. (In Russian)]
  11. Ткачева Л.А. Взаимодействие поверхностных и изгибно-гравитационных волн в ледяном покрове с вертикальной стенкой // Прикладная механика и техническая физика. 2013. Т. 54. № 4 (320). С. 158–170. [Tkacheva L.A. Vzaimodeystvie poverkhnostnykh i izgibno-gravitatsionnykh voln v ledyanom pokrove s vertikal'noy stenkoy [Interaction of surface and flexural-gravity waves in an ice cover with a vertical wall]. Prikladnaya mekhanika i tekhnicheskaya fizika [Applied Mechanics and Technical Physics], 2013, vol. 54, no. 4 (320), pp. 158–170. (In Russian)]
  12. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О. М., Рядчиков И.В. Метод проектирования неоднородных материалов и блочных конструкций // ДАН. 2018. Т. 482. № 4. С. 398–402. DOI: 10.1134/S1028335818100014 [Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O. M., Ryadchikov I.V. Metod proektirovaniya neodnorodnykh materialov i blochnykh konstruktsiy [Method of designing heterogeneous materials and block structures]. Doklady Akademii nauk [Doklady Mathematics], 2018, vol. 482, no. 4, pp. 398–402. DOI: 10.1134/S1028335818100014 (In Russian)]
  13. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. О стадиях преобразования блочных элементов // ДАН. 2016. Т. 468. № 2. С. 154–158. [Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. O stadiyakh preobrazovaniya blochnykh elementov [About the stages of transformation of block elements]. Doklady Akademii nauk [Doklady Mathematics], 2016, vol. 468, no. 2, pp. 154–158. (In Russian)]
  14. Бабешко В.А., Евдокимова О.В., Бабешко О.М. Метод блочного элемента в разложении решений сложных граничных задач механики // ДАН. 2020. Т. 495. С. 34–38. DOI: 10.31857/S2686740020060048 [Babeshko V.A., Evdokimova O.V., Babeshko O.M. Metod blochnogo elementa v razlozhenii resheniy slozhnykh granichnykh zadach mekhaniki [Block element method in the expansion of solutions of complex boundary value problems in mechanics]. Doklady Akademii nauk [Doklady Mathematics], 2020, vol. 495, pp. 34–38. DOI: 10.31857/S2686740020060048 (In Russian)]
  15. Бабешко В.А., Бабешко О.М., Евдокимова О.В. О проблеме блочных структур академика М.А. Садовского // ДАН. 2009. Т. 427. № 4. С. 480–485. [Babeshko V.A., Babeshko O.M., Evdokimova O.V. O probleme blochnykh struktur akademika M.A. Sadovskogo [On the problem acad. M.A. Sadovskii's block structures]. Doklady Akademii nauk [Doklady Mathematics], 2009, vol. 427, no. 4, pp. 480–485. (In Russian)]

Downloads

Download data is not yet available.

Issue

Pages

23-31

Section

Mechanics

Dates

Submitted

February 23, 2021

Accepted

March 11, 2021

Published

March 30, 2021

How to Cite

[1]
Babeshko, V.A., Evdokimova, O.V., Babeshko, O.M., Khripkov, D.A., Bushueva, O.A., Evdokimov, V.S., Telyatnikov, I.S., Uafa, S.B., On the role of coating defects in the form of cracks for the destruction of the pre-landslide structure. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2021, т. 18, № 1, pp. 23–31. DOI: 10.31429/vestnik-18-1-23-31

Similar Articles

1-10 of 602

You may also start an advanced similarity search for this article.

Most read articles by the same author(s)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >>