tumnigИзвестия высших учебных заведений. Нефть и газOil and Gas Studies0445-01083033-8174Industrial University of Tyumen10.31660/0445-0108-2026-1-98-112VSCBSBtumnig-1408Research ArticleПРОЕКТИРОВАНИЕ, СООРУЖЕНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ СИСТЕМ ТРУБОПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТАDESIGNING, CONSTRUCTION AND OPERATION OF PIPELINE TRANSPORT SYSTEMРасчет конструкции свайного фундамента резервуара с учетом карстовой опасностиCalculation of the tank pile foundation structure, considering karst hazardshttps://orcid.org/0000-0002-6722-459XЧепурВ. П.ChepurP. V.

Чепур Петр Владимирович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительной

механики

Тюмень

Petr V. Chepur, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Structural Mechanics

Tyumen

chepur_p_v@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3832-5321ДмитриевА. В.DmitrievA. V.

Дмитриев Андрей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительной

механики

Тюмень

Andrei V. Dmitriev, Candidate of Engineering, Associate Professor at the Department of Structural Mechanics

Tyumen

https://orcid.org/0000-0002-5376-5221КолядкоА. А.KolyadkoA. A.

Колядко Алеся Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, Филиал ТИУ в г. Сургуте

Сургут

Alesya A. Kolyadko, Candidate of Engineering Sciences, Associate Professor at the Department of Oil and GasIndustry

Surgut

 

https://orcid.org/0000-0002-3903-0632ТарасенкоА. А.TarasenkoA. A.

Тарасенко Александр Алексеевич, доктор технических наук, профессор кафедры транспорта углеводородных ресурсов

Тюмень

Alexander A. Tarasenko, Doctor of Engineering Sciences, Professor at the Department of Transportation of Hydrocarbon Resources

Tyumen

Тюменский индустриальный университетРоссияIndustrial University of TyumenRussian FederationФилиал Тюменского индустриального университета в г. СургутеРоссияBranch of Industrial University of Tyumen in SurgutRussian Federation2026050320260198112Copyright © Чепур В.П., Дмитриев А.В., Колядко А.А., Тарасенко А.А., 20262026Чепур В.П., Дмитриев А.В., Колядко А.А., Тарасенко А.А.Chepur P.V., Dmitriev A.V., Kolyadko A.A., Tarasenko A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tumnig.tyuiu.ru/jour/article/view/1408

В статье изучены вопросы расчетного обоснования проектных решений в части выполнения требований механической безопасности вертикального стального резервуара, проектируемого к возведению на территории, опасной в карстово-суффозионном отношении. Объект исследования — система «основание — фундамент — резервуар», напряженно-деформированное состояние которой рассматривается при локальном формировании карстовой воронки. Расчеты выполнены методом конечных элементов в программных комплексах SCAD и ЛИРА-СОФТ для двух вариантов расположения карстового провала. Методика исследования основана на моделировании напряженно-деформированного состояния объекта с учетом инженерно-геологических условий площадки строительства и сравнительном анализе результатов, полученных в независимых расчетных средах. Установлено, что параметры напряженно-деформированного состояния не превышают предельных значений, что подтверждает выполнение условий несущей и деформационной способности. Расхождения между результатами расчетов в альтернативных программных комплексах составляют до 3,27 % по деформациям и до 13,6 % по усилиям, что не изменяет реального механизма работы конструкции. Предложены критерии допустимых расхождений результатов и обоснована необходимость применения как минимум двух альтернативных программных комплексов при расчетном обосновании конструктивных решений для объектов повышенного уровня ответственности. 

The article examines issues of design justification for engineering solutions related to mechanical safety requirements for a vertical steel tank planned for construction in an area with karst and suffosion hazards. The object of the study is the "base-foundation-tank" system, whose stress–strain state the authors analyzes under local formation of a karst sinkhole. The article performed finite element calculations using SCAD and LIRA-SOFT software for two potential locations of the karst collapse. The study methodology relies on numerical modelling of the stressstrain state of the object, considering the engineering and geological conditions at the construction site, as well as on comparative analysis of results obtained in independent calculation environments. The study found that the stress-strain parameters remain within allowable limits, confirming compliance with bearing capacity and deformation requirements. Differences in results from the alternative software packages vary by up to 3.27% for deformations and up to 13.6% for internal forces. However, these discrepancies do not significantly affect the actual structural behavior. The article proposes criteria for acceptable discrepancies and advocates for the use of at least two independent software packages when justifying designs for structures with a high level of responsibility. 

резервуарнапряженно-деформированное состояниесвайный фундаменткарстовая опасностьSCADЛИРА-СОФТtankstress-strain statepile foundationkarst hazardSCADLIRA-SOFTReferencesГорбань Н. Н., Иванец В. К., Васильев Г. Г., Леонович И. А. Перспективы параметрического нормирования механической безопасности зданий и сооружений в нефтегазовом комплексе. Нефтяное хозяйство. 2024;(9):137–143. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-9-137-143Gorban N. N., Ivanetc V. K., Vasilev G. G., Leonovich I. A. Prospects for parametric standardization of mechanical safety of oil and gas facilities. Oil industry. 2024;(9):137–143. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-9-137-143Горбань Н. Н., Васильев Г. Г., Леонович И. А. Задачи формирования параметрической системы обеспечения комплексной безопасности резервуарных парков морских терминалов. Нефтяное хозяйство. 2024;(1):90–97. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-1-90-97Gorban N. N., Vasi'ev G. G., Leonovich I. A. Tasks of forming a parametric system for ensuring the integrated safety of tank farms of marine terminal. Oil industry. 2024; (1):90–97. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2024-1-90-97Баязитов М. И., Бердин В. К., Кузеев И. Р., Тляшева Р. Р. Оценка напряженно-деформированного состояния вертикальных резервуаров с нефтепродуктами с учетом внештатных ситуаций. Нефтегазовое дело. 2022;(4):21–45. https://doi.org/10.17122/ogbus-2022-4-21-45Bayazitov M. I., Berdin V. K., Kuzeev I. R., Tlyasheva R. R. Assessment of the stress-strain state of vertical tanks with petroleum products, taking into account emergency situations. Neftegazovoe delo. 2022;(4):21–45. (In Russ.) https://doi.org/10.17122/ogbus-2022-4-21-45Сердаров И. И., Хайрудинова С. С. Моделирование и анализ НДС стального цилиндрического резервуара под воздействием рабочих нагрузок. Студенческий вестник. 2019;(23-5):70–75.Serdarov I. I., Khajrudinova S. S. Modeling and analysis of SSS of a steel cylindrical tank under the influence of workloads. Studencheskij vestnik. 2019; (23-5):70–75. (In Russ.).Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Исследование закономерностей развития неравномерных осадок резервуаров численными методами. Новосибирск: Наука; 2017. 172 с.Tarasenko A. A., Chepur P. V., Gruchenkova A. A. Investigation of the patterns of development of uneven tank sediments by numerical methods. Novosibirsk: Nauka; 2017. (In Russ.).Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Оценка технического состояния резервуаров с недопустимыми геометрическими несовершенствами формы стенки. Нефтяное хозяйство. 2017;(6):118–121. https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-6-118-121Tarasenko A. A., Chepur P. V., Gruchenkova A. A. Evaluation of technical condition of tanks with geometrical imperfections form wall. Oil industry. 2017;(6):118–121. (In Russ.) https://doi.org/10.24887/0028-2448-2017-6-118-121Карпунин В. Г. Прочность и долговечность вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов при неравномерной осадке фундамента. Оригинальные исследования. 2022;(12-9):127–138.Karpunin V. G. Strength and durability of vertical cylindrical steel tanks for oil and petroleum products with uneven foundation sedimentation. Original research. 2022;(12-9):127–138. (In Russ.).Рейзмунт Е. М., Доронин С. В. Моделирование сценариев повреждения резервуара при осадке основания. Diagnostics, resource and mechanics of materials and structures. 2018;(4):23–33. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.4.023-033Reizmunt E. M., Doronin S. V. Modeling of tank damage scenarios caused by foundation subsidence. Diagnostics, resource and mechanics of materials and structures. 2018;(4):23–33. (In Russ.) https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.4.023-033Чепур П. В., Тарасенко А. А. Особенности деформирования крупногабаритных резервуаров со стационарной крышей при неосесимметричном воздействии ветровой нагрузки. Фундаментальные исследования. 2015;(12-1):97–102.Chepur P. V., Tarasenko A. A. Features of fixed roof tanks deformation effect in axisymmetric wind load. Fundamental'nye issledovaniya. 2015;(12-1):97–102.(In Russ.).Tarasenko A. A., Konovalov P. A., Zekhniev F. F., Chepur P. V., Tarasenko D. A. Effects of nonuniform settlement of the outer bottom perimeter of a large tank on its stress-strain state. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017;(53-6):405–411. https://doi.org/10.1007/s11204-017-9420-1Tarasenko A. A., Konovalov P. A., Zekhniev F. F., Chepur P. V., Tarasenko D. A. Effects of nonuniform settlement of the outer bottom perimeter of a large tank on its stress-strain state. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017;(53-6):405–411. https://doi.org/10.1007/s11204-017-9420-1Гарькин И. Н., Гарькина И. А. Техническая экспертиза зданий и сооружений. Москва: Перо; 2021. 128 c.Gar'kin I. N., Gar'kina I. A. Technical expertise of buildings and structures. Moskow: Pero; 2021. (In Russ.).Тарасенко А. А., Чепур П. В., Грученкова А. А. Определение действующих напряжений в полотнищах днищ резервуаров отечественных типоразмеров при локальных просадках оснований. Фундаментальные исследования. 2015; (2-8): 1665–1670.Tarasenko A. A., Chepur P. V., Gruchenkova A. A. Determination of the operating stresses in the panels of the bottoms of tanks of domestic standard sizes with local subsidence of the bases. Fundamental'nye issledovaniya. 2015;(2-8):1665–1670. (In Russ.).Tarasenko A., Chepur P., Gruchenkova A. Determining deformations of the central part of a vertical steel tank in the presence of the subsoil base inhomogeneity zones. In: AIP Conference Proceedings. 2016;(1772-1):060011. https://doi.org/10.1063/1.4964591Tarasenko A., Chepur P., Gruchenkova A. Determining deformations of the central part of a vertical steel tank in the presence of the subsoil base inhomogeneity zones. In AIP Conference Proceedings. 2016;(1772-1):060011. https://doi.org/ 10.1063/1.4964591Нуриев М. И., Порываев И. А., Авренюк А. Н., Сабиров Р. А., Потешкин П. В. Исследование влияния хлопунов на напряженнодеформированное состояние конструкций резервуаров. Нефтегазовое дело. 2022;(2-20):94–101. https://doi.org/10.17122/ngdelo-2022-2-94-101Nuriev M. I., Poryvaev I. A., Avrenyuk A. N., Sabirov R. A., Poteshkin P. V. Investigation of the effect of claps on the stress-strain state of tank structures. Petroleum engineering. 2022;(2-20):94–101. (In Russ.) https://doi.org/10.17122/ngdelo2022-2-94-101Колесов И. Д. Проектирование в условиях карста. Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. 2025;(1-51):33–38.Kolesov I. D. Design in karst conditions. Mashinostroenie i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti. 2025;(1-51):33–38. (In Russ.).Вознесенский Е. А. Распространение и прогноз развития опасных геологических процессов на территории России. Вестник Российской академии наук. 2024; (94-8):749–759. https://doi.org/10.31857/S0869587324080061Voznesensky E. A. Geological hazards on the territory of Russia: their distribution and development prediction. Vestnik Rossijskoj Akademii Nauk. 2024;(8):749–759. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S0869587324080061Дробинина Е. В., Катаев В. Н. Изучение изменчивости физико-механических свойств перекрывающих отложений в карстологическом прогнозе. Ученые записки крымского федерального университета имени В. И. Вернадского. География. Геология. 2021;(7-2):316–330.Drobinina E. V., Kataev V. N. The study of the variability of the physico-mechanical properties of overlapping deposits in the karstological forecast. Uchenye zapiski krymskogo federal'nogo universiteta imeni V. I. Vernadskogo. Geografiya. Geologiya. 2021;(7-2):316–330. (In Russ.).Сорокина М. Н., Землеруб Л. Е., Терегулов М. Р. Монолитный сегментно-сферический фундамент для крупногабаритных РВС, оснащенный системой определения и предотвращения просадки грунта. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2024;(3-4):56–60. https://doi.org/10.24412/0131-4270-2024-3-4-56-60Sorokina M. N., Zemlerub L. E., Teregulov M. R. Monolithic segmented spherical foundation for large tanks RVS, equipped with a system for detecting and preventing subsidence of soil. Transport and storage of oil products and hydrocarbons. 2024;(3-4):56–60. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/0131-4270-2024-3-4-56-60Семин А. С., Татьянников Д. А. Анализ методов устройства фундаментов на слабых основаниях для стальных вертикальных резервуаров. Современные технологии в строительстве. Теория и практика. 2020;(2):391–398.Semin A. S., Tat'yannikov D. A. Analysis of methods of building foundations on weak foundations for vertical steel tanks. Sovremennye tekhnologii v stroitel'stve. Teoriya i praktika. 2020;(2):391–398. (In Russ.).Полищук А. И., Шмидт О. А. Развитие метода расчета осадок кольцевых свайных фундаментов резервуаров. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2021;(5):2–7.Polishchuk A. I., Shmidt O. A. Method for calculating the settlement of circular pile foundations of a reservoir. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2021;(58-5):347–352. (In Russ.).Тарасенко А. А., Чепур П. В. Особенности совместной работы кольцевого фундамента и грунтового основания при наличии зон неоднородности. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2016;(4):9–3.Tarasenko A. A., Chepur P. V. Aspects of the joint operation of a ring foundation and a soil bed with zones of inhomogeneity present. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2016;(53-4):238–243. (In Russ.).Кардапольцев А. В., Каравайченко М. Г. Численное моделирование ребристо-кольцевой купольной крыши вертикального резервуара для хранения СПГ. Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2021;(1):24–29. https://doi.org/10.24412/0131-4270-2021-1-24-29Kardapoltsev A. V., Karavaychenko M. G. Numerical simulation of a ribbed-ring dome roof of a vertical LNG storage tank. Transport and storage of oil products and hydrocarbons. 2021;(1):24–29. (In Russ.) https://doi.org/10.24412/0131- 4270-2021-1-24-29Урманова А. Р., Султанмагомедов Т. С., Байкова Л. Р., Давлетбаева А. Р. Анализ напряженно-деформированного состояния резервуара при развитии осадок вследствие оттаивания мерзлого грунта. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2025;(11-336):44–54. https://doi.org/10.18799/24131830/2025/11/4898Urmanova A. R., Sultanmagomedov T. S., Baykova L. R., Davletbayeva A. R. Analysis of a reservoirstress-strain state when setting at frozen soil thawing. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2025;(11-336):44–54. (In Russ.) https://doi.org/10.18799/24131830/2025/11/4898Давлетбаева А. Р., Султанмагомедов Т. С. Моделирование деформаций свайных фундаментов шаровых резервуаров при сезонном оттаивании вечной мерзлоты. Материалы XIX Международной научнопрактической конференции, приуроченной к 95-летию со дня рождения профессора В. Ф. Новоселова и к 15-летию со дня образования ООО "НИИ Транснефть", 2024. С. 233–235.Davletbaeva A. R., Sultanmagomedov T. S. Modeling of deformations of pile foundations of spherical tanks during seasonal thawing of permafrost. Materialy XIX Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, priurochennoj k 95-letiyu so dnya rozhdeniya professora V.F. Novoselova i k 15-letiyu so dnya obrazovaniya OOO "NII Transneft". 2024;233–235. (In Russ.).Шейнин В. И. К проблеме обнаружения и определения размеров подземных карстовых полостей. Инженерные изыскания. 2022;(3-16):34–44.Shejnin V. I. To the problem of detecting and determining the size of underground karst cavities. Inzhenernye izyskaniya. 2022;(3-16):34–44. (In Russ.).Кислицын Д. И., Боковая П. М., Жильцов И. С. Метод раннего обнаружения карстового провала под строительным объектом. Приволжский научный журнал. 2023;(2-66):81–87.Kislitsyn D. I., Bokovaya P. M., Zhil'tsov I. S. Method for early detection of a sink under a construction site. Privolzhsky scientific journal. 2023;(2-66): 81–87. (In Russ.).Китаева М. А., Дробинина Е. В. Опыт проведения карстологического районирования территории проектирования линейного сооружения. Спелеология и спелестология. 2023;(2):21–25.Kitaeva M. A., Drobinina E. V. Experience in karstological zoning of linear structure design area. Speleology and spelestology. 2023;(2):21–25. (In Russ.).Мущанов В. Ф., Цепляев М. Н., Зубенко А. В. Варианты конечноэлементного моделирования элементов вертикальных цилиндрических резервуаров. Журнал теоретической и прикладной механики. 2020;(2-71):37–48.Mushchanov V. F., Tseplyaev M. N., Zubenko A.V. Finite element modeling options for vertical cylindrical tank. Journal of theoretical and applied mechanics. 2020;(2-71):37–48. (In Russ.).Мосолов Г. В., Солдатов М. В., Димов И. Л. Применение численной модели грунта с двойным упрочнением и учетом малых деформаций для расчета осадок резервуаров. Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. 2024;(1-14):8–20. https://doi.org/10.28999/2541-9595-2024-14-1-8-20Mosolov G. V., Soldatov M. V., Dimov I. L. Application of a numerical soil model with double hardening and taking into account small deformations for calculating tank sediments. Nauka i tekhnologii truboprovodnogo transporta nefti i nefteproduktov. 2024;(1-14):8–20. (In Russ.) https://doi.org/10.28999/2541-9595-2024- 14-1-8-20Котов П. И., Роман Л. Т., Царапов М. Н. Влияние условий оттаивания и уплотнения на деформационные характеристики оттаивающих грунтов. Вестник Московского университета. Серия 4. Геология. 2017;(4-1):58–63. https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-1-58-63Kotov P. I., Roman L. T., Tsarapov M. N. Impact of compaction and thaw conditionson deformation characteristics of thawing soils. Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2017;(4-1):58–63. (In Russ.) https://doi.org/10.33623/0579-9406-2017-1-58-63Сюй С., Дай Ц. Х., Чэнь Л. Ц., Сюй С. Т. Нелинейная упругопластическая модель грунта, ее численная реализация и использование. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2022;(3):5.Xu S., Daj C. Kh., Chen L. J., Xu S. T. Nonlinear elastic-perfectly plastic model of soil and its numerical implementation and application. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2022;(3):5. (In Russ.).Кислицын Д. И., Хромых В. Е. Численные эксперименты по методу раннего определения местоположения и диаметра карстового провала в основании строительного объекта по имеющимся малым вертикальным перемещениям на однородном грунте. Приволжский научный журнал. 2023;(4-68):50–56.Kislitsyn D. I., Khromykh V. E. Numerical experiments on the method of early determination of the location and diameter of a karst sinkhole at the base of a construction site based on existing small vertical displacements on homogeneous soil. Privolzhsky scientific journal. 2023;(4-68):50–56. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.