ارزیابی تأثیر بهسازی لایه‌های خاک به روش تزریق بر مقدار جابجایی‌ها و خسارات وارده بر سازه مدفون تحت تأثیر انتشار امواج حاصل از انفجار (مطالعه موردی تونل مترو اصفهان مسیر صفه-آزادی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار؛ گروه مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد؛ مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

چکیده

شناخت رفتار خاک‌ها تحت اثر بارهای دینامیکی به‌منظور توانایی در پیش‌بینی پاسخ خاک و اندرکنش بین سازه و خاک اطراف آن بسیار حائز اهمیت است. از سوی دیگر شناخت میزان توان انواع خاک در مستهلک کردن انرژی حاصل از بار دینامیکی بسیار مهم است. در این بین مدول برشی یکی از مهم‌ترین پارامترهای خاک در بحث میرایی است. در این مقاله به بررسی تأثیر بهسازی لایه‌های خاک به روش تزریق بر مقدار جابجایی‌ها و خسارات وارده بر سازه مدفون تحت تأثیر انتشار امواج حاصل از انفجار به صورت موردی در پروژه تونل مترو اصفهان در مسیر صفه- آزادی پرداخته شده است. مدل‌سازی و تحلیل این موضوع به وسیله نرم‌افزار المان محدود FLAC انجام گرفته شده است. در این پژوهش بحرانی-ترین حالت ممکن با توجه به فاصله ماده منفجره از پوشش تونل و مقدار بار انفجاری TNT مورد بررسی قرار گرفته است. در این پژوهش سعی شده با استفاده از تزریق مقادیر مختلف دوغاب سیمان به هر یک از لایه‌های خاک و تقویت ساختار خاک و تغییر مدول برشی، ایمن‌ترین حالت ممکن برای تونل‌های مدفون ارائه شود. از تزریق دوغاب سیمان به لایه‌های خاک و افزایش مدول الاستیسیته و مدول برشی خاک این نتیجه دریافت شد که با افزایش مدول برشی جابجایی‌ها روند کاهشی پیدا کرد. نتایج حاکی از آن است که تقویت لایه‌ی ماسه‌سنگ جابجایی‌ها در پوشش بتنی تاج تونل مدفون را 74% کاهش می‌دهد، این مقدار در صورت تقویت لایه‌ی آبرفتی حداکثر 40% است. در واقع تقویت لایه آبرفتی در بهترین حالت، سازه مدفون را تنها در برابر انفجار 120 کیلوگرم TNT ایمن نگه می‌دارد ولی لایه ماسه‌سنگ تقویت شده سازه مدفون را تحت بار 502 کیلوگرم TNT هم محفوظ نگه می‌دارد.

کلیدواژه‌ها


Ahmadi, E., Norouzi, M., & Jalali, M. E. (2018). Ability of grout stone injection (Case study of Rudbar storage pump design in Lorestan), The First National Conference on Modeling in Mining Engineering, Qazvin.. (In Persian)
Amiri, M., Dousti, H. (2022). The effect of soil layering on the propagation of waves from surface explosions on buried tunnels (Case study of Isfahan metro tunnel, Sefeh-Azadi route). Journal of Tunneling and Underground Space Engineering. (In Persian)
Amiri, M., Sanjari, M., & Porhonar, F. (2022). Microstructural evaluation of the cement stabilization of hematite-rich red soil. Case Studies in Construction Materials16, e00935.‏
Amiri, M., Rajabi, S., & Darabi, M. (2019). Study of the Effect of Cross-sectional Geometry of Single and Twin Tunnels on the Ground Surface Settlement (Case study: Isfahan’s Metro Tunnel). Journal of civil enviromental engineering, 49.2(95), 35-46. (In Persian)
Amiri, M., Ameri Siahouri, M., Ghasemi, S., Salehian, R. (2021).  Investigation of the effect of tunnel excavation on the surrounding structures with a superior attitude on the heights and widths of the structures (Case study: Isfahan’s Metro Tunnel). Journal of Tunneling and Underground Space Engineering, 10 (1), 57-69. (In Persian)
Amiri, M., Asakereh, A., Atashpoosh, H. (2020). Investigation of strength and structure of marl soils stabilized with cement and nanosilica. Journal of Engineering Geology, 14 (1), 29-52.
Assimaki, D., Kausel, E., & Whittle, A. (2000). Model for dynamic shear modulus and damping for granular soils. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 126(10), 859-869.‏
ASTM, D. (1999). Standard test method for specific gravity of soils. Test method A Procedure for Oven-Dried Specimens.
ASTM, D. (2011). Standard test method for direct shear test of soils under consolidated drained conditions. ASTM West  Conshohocken
Badaghabadi, S., Fooladchi, S., Mousavi, J. (2008). Determination of strength parameters of sandstone formations using porosity, 2nd Iranian Mining Engineering Conference, Tehran. (In Persian)  
Delfosse-Ribay, E., Djeran-Maigre, I., Cabrillac, R., & Gouvenot, D. (2004). Shear modulus and damping ratio of grouted sand. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 24(6), 461-471.‏
Danot, C., & Derache, N. (2007, November). Grout injection in the laboratory. In International Symposium on Earth Reinforcement (pp. 14-16).‏
Dano, C., & Hicher, P. Y. (2003). Behavior of uncemented sands and grouted sands before peak strength. Soils and foundations43(4), 13-19.‏
Doroodian, B., Ahangari, K., & Noorzad, A. (2022). Damage caused by mechanized tunnel boring in high-stress hard rock. Transportation Geotechnics34, 100741.‏
Du, Q., Pan, T., Lv, J., Zhou, J., Ma, Q., & Sun, Q. (2019). Mechanical properties of sandstone cement-stabilized macadam. Applied Sciences9(17), 3460.‏
Hashemi Hafdani, M. (2002). Using High Pressure Injection Method for Soil Improvement in Tunneling Issues, Fifth Iran Tunnel Conference, Tehran
Javadanian, H., Haddad, A., & Jafarian, Y. (2016). Estimating the shearing modulus of Bushehr calcareous sand using resonant column and cyclic triaxial experiments. Modares Civil Engineering Journal, 9-20. (In Persian)
Konstantinou, C., Biscontin, G., Jiang, N. J., & Soga, K. (2021). Application of microbially induced carbonate precipitation to form bio-cemented artificial sandstone. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering13(3), 579-592.‏
Kordnaeij, A., Ziaie Moayed, R., & Soleimani, M. (2020). Small Strain Shear Modulus of Sands Grouted with Zeolite-cement Suspension. Amirkabir Journal of Civil Engineering52(5), 1277-1298.‏ (In Persian)
Makram Qutourlar, N., Ghaffarpour Jahromi, S., Gotmiri, B. (2018). A review of the factors affecting the shear modulus and sand damping ratio in the cyclic triaxial experiment. Third National Conference on Geotechnical Engineering of Iran, Tehran. (In Persian)
Moomivand, H., Moomivand, H., Nikrouz, R., & Azad, R. (2022). Development of a New Empirical Relation to Assess P-wave Velocity Anisotropy of Rocks. Geotechnical and Geological Engineering40(3), 1537-1550.
Naraghi Araghi, N., Hashemi Tabatabai, S., & Beit Elahi, A. (2003). Comparison of shear wave velocity (VS) and destruction rate in Bam city in the earthquake of January 26, 2003. Earth, 5 (2), 109-118.
Qiyasi, V., et al., (2021). Investigation of the effect of modulus of elasticity, shear modulus, damping ratio and shear wave velocity in soil dynamic analysis. Road, 29 (108), 87-100. (In Persian)
Rahimi, H. (2014). Geotechnical Engineering, Tehran, Tehran University Publishing Institute
Rahimi, Hassan (2016). Geotechnical Engineering (Problematic Soils), Tehran, University of Tehran Publishing Institute
Sakurai, S. (1997). Lessons learned from field measurements in tunnelling. Tunnelling and underground space technology  12(4), 453-460.‏
Seiphoori, A., & Zamanian, M. (2022). Improving mechanical behaviour of collapsible soils by grouting clay nanoparticles. Engineering Geology, 298, 106538.
Yubing Yang, et al., (2010). "Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion." Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2(4): 373-384.
Zhang, W., Han, L., Gu, X., Wang, L., Chen, F., & Liu, H. (2020). Tunneling and deep excavations in spatially variable soil and rock masses: A short review. Underground Space.‏
Zheng,  D., Tang, L., Wang, Y., & Sun, Y. (2022). Dynamic stress accumulation effects on soil strengh under cyclic loading. Soils and Foundations 62(4), 101164.
Zhang, Y., & Huang, F. (2011). Mechanism of different coseismic water-level changes in wells with similar epicentral distances of intermediate field. Bulletin of the Seismological Society of America101(4), 1531-1541.‏