بررسی پایداری جبهه‌ی حفاری تونل در محیط غیر اشباع با روش تحلیل حدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای تخصصی مکانیک خاک و پی؛ گروه مهندسی عمران؛ دانشگاه بین‌المللی امام خمینی

2 دانشیار؛ گروه مهندسی عمران؛ دانشکده‌ی مهندسی؛ دانشگاه بوعلی سینا

3 دانش‌آموخته کارشناسی‌ارشد عمران؛ دانشکده‌ی مهندسی؛ دانشگاه بوعلی سینا

چکیده

در این پژوهش در چارچوب روش تحلیل حدی، با بکارگیری یک مکانیسم گسیختگی سه‌بعدی با شکل اسپیرال لگاریتمی یکپارچه، پایداری جبهه‌ی حفاری تونل در محیط غیر‌ اشباع مورد بررسی قرار گرفته است. برای استخراج معادلات سینماتیک حاکم از یک معیار گسیختگی خاک غیر اشباع استفاده شده است. پس از وارد‌‌سازی پارامترهای غیر اشباع در معادلات حاکم و اکسترمم‌سازی، یک مجموعه تحلیل‌های پارامتری انجام شده است. بر اساس نتایج حاصل، مکش بافتی تاثیر بسزایی در پایداری جبهه‌ی حفاری تونل دارد. با افزایش مکش بافتی، فشار حدی لازم برای تامین پایداری جبهه کاهش یافته که این موضوع می‌تواند در موارد کاربردی، مد نظر مهندسین قرار گیرد. در انتها با شبیه‌سازی عددی مسئله، نتایج حاصل از روش‌های تحلیل حدی و عددی مقایسه شده است. بر اساس نتایج بدست آمده روش تحلیل حدی، هر ‌چند که روند گسیختگی برای هر دو روش شبیه است، فشار بیشتری را برای تامین پایداری جبهه‌ی حفاری پیش‌بینی می‌کند. بعلاوه اثرات مکش موجب تغییر در شکل گوه‌ی گسیختگی بخصوص در قسمت تاج می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

[1]      Chen, W. F. (2007). Limit Analysis and Soil Plasticity. J. Ross Publishing. ISBN-13: 978-1932159738.
[2]      Kimura, T., & Mair, R. J. (1981). Centrifugal Testing of Model Tunnels in Soft Clay. Proceedings of the 10th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering (pp. 319-322). A. A. Balkema.
[3]      Broms, B. B., & Bennermark, H. (1967). Stability of Clay at Vertical Openings. Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, 93(1), 71-94.
[4]      Ellstein, A. R. (1986). Heading Failure of Lined Tunnels in Soft Soils. Tunnels and Tunnelling, 18(6), 51-54. http://dx.doi.org/10.1016/0148-9062(86)92603-3.
[5]      Soubra, A. H. (2000). Three-Dimensional Face Stability Analysis of Shallow Circular Tunnels. International Conference on Geotechnical and Geological Engineering (pp. 1-6). Technomic. ISBN: 1587160676.
[6]      Leca, E., & Dormieux, L. (1990). Upper and Lower Bound Solutions for The Face Stability of Shallow Circular Tunnels in Frictional Material. Geotechnique, 40(4). 581-606. http://dx.doi.org/10.1680/geot.1990.40.4.581.
[7]      Lyamin, A. V., & Sloan, S. W. (2002). Upper Bound Limit Analysis Using Linear Finite Elements and Nonlinear Programming. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 26(2), 181-216. http://dx.doi.org/10.1002/nag.198.
[8]      Vermeer, P. A, Ruse, N., & Marcher, T. (2002). Tunnel Heading Stability in Drained Ground. FELSBAU, 20(6), 8-18. http://www.ilf.com/Tunnel Heading Stability in Drained Ground.pdf.
[9]      Vermeer, P. A., & Ruse, N. (2001). On the Stability of The Tunnel Excavation Front. Proceeding of First MIT Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics (pp. 521-523). Elsevier Science Ltd. ISBN: 0080439446.
[10]   Li, Y., Emeriault, F., Kastner, R., & Zhang, Z. X. (2009). Stability Analysis of Large Slurry Shield-Driven Tunnel in Soft Clay. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(4), 472-481. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2008.10.007.
[11]   Anagnostou, G., & Kovari, K. (1994). The Face Stability of Slurry-Shield-Driven Tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 9(2), 165-174. http://dx.doi.org/10.1016/0886-7798(94)90028-0.
[12]   Horn, M. K., & Adams, J. A. S. (1966). Computer-Derived Geochemical Balances and Element Abundances. Geochimica et Cosmochimica Acta, 30(3), 279-297. http://dx.doi.org/10.1016/0016-7037(66)90003-2.
[13]   Jancsecz, S., & Steiner, W. (1994). Face Support for a Large Mix-Shield in Heterogeneous Ground Conditions. Tunnelling'94, 531-550. http://dx.doi.org/10.1007/978-1-4615-2646-9_32.
[14]   Broere, W. (1998). Face Stability Calculation for a Slurry Shield in Heterogeneous Soft Soils. Proceedings of the World Tunnel Congress'98 on Tunnels and Metropolises (pp. 215-218). A. A. Balkema. ISBN: 9789054109365.
[15]   Klar, A., Osman, A. S., & Bolton, M. (2007). 2D and 3D Upper Bound Solutions for Tunnel Excavation Using Elastic Flow Fields. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 31(12): 1367-1374. http://dx.doi.org/10.1002/nag.597.
[16]   Davis, E. H., Gunn, M. J., Mair, R. J., & Seneviratne, H. N. (1980). The Stability of Shallow Tunnels and Underground Openings in Cohesive Material. Geotechnique, 30(4), 397-416. http://dx.doi.org/10.1680/geot.1980.30.4.397.
[17]   Osman, A. S., Mair, R. J., & Bolton, M. D. (2006). On The Kinematics of 2D Tunnel Collapse in Undrained Clay. Geotechnique, 56(9), 585-595. http://dx.doi.org/10.1680/geot.2006.56.9.585.
[18]   Chambon, P., & Corte, J. F. (1994). Shallow Tunnels in Cohesionless Soil: Stability of Tunnel Face. Journal of Geotechnical Engineering, 120(7), 1148-1165. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1994)120:7(1148).
[19]   Subrin, D., & Wong, H. (2002). Tunnel Face Stability in Frictional Material: A New 3D Failure Mechanism. Comptes Rendus Mecanique, 330(7), 513-519. http://dx.doi.org/10.1016/S1631-0721(02)01491-2.
[20]   Augarde, C. E., Lyamin, A. V., & Sloan, S. W. (2003). Stability of an Undrained Plane Strain Heading Revisited. Computers and Geotechnics, 30(5), 419-430. http://dx.doi.org/10.1016/S0266-352X(03)00009-0.
[21]   Mollon, G., Dias, D., & Soubra, A. H. (2010). Face Stability Analysis of Circular Tunnels Driven by a Pressurized Shield. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 136(1), 215-229. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)GT.1943-5606.0000194.
[22]   Yamamoto, K., Lyamin, A. V., Wilson, D. W., Sloan, S. W., & Abbo, A. J. (2011). Stability of a Circular Tunnel in Cohesive-Frictional Soil Subjected to Surcharge Loading. Computers and Geotechnics, 38(4), 504-514. http://dx.doi.org/10.1016/j.compgeo.2011.02.014.
[23]   Fredlund, D. G., & Morgenstern, N. R. (1977). Stress State Variables for Unsaturated Soils. Journal of the Geotechnical Engineering Division, 103(5), 447-466. http://www.soilvision.com/ Stress State Variables for Unsaturated Soils.pdf.
[24]   Zhang, L. L.,  Fredlund, D. G., Fredlund, M. D., & Wilson, G. W. (2014). Modeling the Unsaturated Soil Zone in Slope Stability Analysis. Canadian Geotechnical Journal, 51(12), 1384-1398. http://dx.doi.org/10.1139/cgj-2013-0394.
[25]   Calo, E., Sako, K., Kitamura, R., & Tabata, M. (2012). Slope Stability Analysis with Change in Apparent Cohesion and Seepage. Proceeding of 5th Asia-Pacific Conference on Unsaturated Soils (pp. 588-593). Bangkok: Geotechnical Engineering Research and Development Center.ISBN: 978-1-62276-264-4.
[26]   Bishop, A. W. (1959). The principle of effective stress. Teknisk Ukeblad I Samarbeide Med Teknik, 106(39), 859-863. http://geotekhne.com.co/EstructurasPDF/PrincipioEsfuerzosEfectivos.pdf.
[27]   Fredlund, D. G., Morgenstern, N. R., & Widger, R. A. (1978). The Shear Strength of Unsaturated Soil. Canadian Geotechnical Journal, 15(3), 313-321. http://dx.doi.org/10.1139/t78-029.
[28]   Sheng, D., Gens, A., Fredlund, D. G., & Sloan, S. W. (2008). Unsaturated soils: From Constitutive Modelling to Numerical Algorithms. Computers and Geotechnics, 35(6), 810-824. http://dx.doi.org/10.1016/j.compgeo.2008.08.011.
[29]   Coussy, O. (2007). Revisiting the Constitutive Equations of Unsaturated Porous Solids Using a Lagrangian Saturation Concept. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 31(15), 1675-1694. http://dx.doi.org/10.1002/nag.613. 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار