تأثیر نوع لایه‌بندی خاک بر انتشار امواج حاصل از انفجار سطحی بر تونل‌های مدفون (مطالعه موردی تونل مترو اصفهان مسیر صفه-آزادی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

10.22044/tuse.2022.11898.1452

چکیده

درک رفتار خاک تحت بارگذاری انفجار برای مهندسان ژئوتکنیک، معدن و پدافند غیر‌عامل از اهمیت بسیاری برخوردار است. هنگامی که خاک تحت بارگذاری انفجاری قرار دارد و اندرکنش مواد منفجره-خاک-سازه مطرح می‌شود خاک از خود رفتار پیچیده‌ای نشان می‌دهد. در این مقاله به بررسی تأثیر نوع لایه‌بندی و جنس خاک در میرایی تنش‌های حاصل از انفجار، تأثیر تغییرات در فاصله مرکز انفجار تا تونل‌ها در سطح زمین و تغییرات وزن ماده منفجره بسته به نوع بمب در تمامی حالات بررسی شده است. به صورت موردی در این مقاله تونل مترو اصفهان در مسیر صفه-آزادی مدل‌سازی و مورد مطالعه قرار گرفته است. جنس خاک در مسیر خط مترو به تناوب لایه آبرفتی، ماسه‌سنگ و ترکیب لایه آبرفتی-ماسه‌سنگی است. مدل‌سازی و تحلیل این موضوع به‌وسیله نرم‌افزار المان محدود FLAC انجام گرفته است. مدل رفتاری مورد استفاده در این طراح، مدل رفتاری مور‌کلمب است. برای بررسی تأثیر بار دینامیکی انفجار سطحی بر روی تونل متروی اصفهان، مقطعی مشخص از مسیر تونل تحت بار دینامیکی انفجار مدل‌سازی شده است. بر اساس تحلیل‌های صورت گرفته، اصابت بمب‌های GP در کلاس‌های 100 تا 2000 هر کدام به نسبت وزن ماده انفجاری که در خود دارند می‌تواند صدمات جدی به سازه زیرزمینی وارد کند. با توجه به تحلیل‌های صورت گرفته لایه خاک از جنس ماسه‌سنگ خاصیت میرایی بیشتری نسبت به لایه آبرفتی دارد. تونل مدفون در خاک آبرفتی تنها تا بار انفجار سطحی حاصل از 56 کیلوگرم TNT و تونل مدفون در ماسه‌سنگی بار انفجار ناشی از 165 کیلوگرم TNT را تحمل می‌کند. با توجه به تحلیل و بررسی تأثیر فاصله انفجار تا سازه زیرزمینی با افزایش فاصله انفجار به اندازه قطر تونل (D) میزان جابجایی تاج تونل 43% کاهش پیدا می‌کند. از سوی دیگر وجود تونل مجاور باعث به وجود آمدن نیروهای اندرکنشی حاصل از وزن سازه مدفون و انعکاس امواج انفجار به دلیل صلبیت جداره تونل در محیط باعث افزایش جابجایی-های ناشی از انفجار می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The Effect of Layering Type on the Emission of Waves Resulting from Surface Explosions in Buried Tunnels (Case Study: Isfahan’s Subway Tunnel, Soffeh-Azadi Route)

نویسندگان [English]

  • Mohammad Amiri 1
  • Hosein Duosti 2
1 Assistant Professor, University of Hormozgan, Faculty of Engineering, Bandar Abbas, Iran.
2 University of Hormozgan, Faculty of Engineering, Bandar Abbas, Iran.
چکیده [English]

Perceiving the behavior of soil under explosion loads is of a great importance to the geotechnical, mining and passive defense engineers. When soil is subjected to explosion loads and the issue of the explosives-soil-structure is posited, soil exhibits a complicated behavior. The present article tries investigating the effect of the soil’s layering type and constituent materials on the damping of the tensions stemming from the explosion, the influence of the variations on the explosion center distances to the tunnels on the ground surface as well as the changes in the weight of the explosives depending on the bomb type in all of the states. In a case-specific manner, the present article models and studies Isfahan’s subway tunnel for Soffeh-Azadi route. The Soil’s constituent materials alternatively are alluvial, sandstone as well as a combination of alluvial-sandstone layers. The modeling and analysis of this subject has been carried out by means of finite element software (FLAC). Mohr-Coulomb is the behavioral model used herein. In order to investigate the effect of the surface explosion’s dynamic load on Isfahan’s subway tunnel, a given cross-section of the tunnel’s path was modeled subject to the explosion dynamic load. Based on the analyses, the impact of the GP bombs in 100 to 2000 classes can each cause serious damages to the subsurface structures depending on the carried explosives’ weight ratios. Considering the analyses, the sandstone-made soil layers feature more damping properties in contrast to the one comprised of alluvial layers. Tunnel buried in alluvial soil can only tolerate surface explosion load originating from 56kg TNT whereas the explosion load stemming from 165kg TNT can be also withstood by buried tunnel in its sandstone layer, as well. Investigating the effects exerted by the explosion distance to the underground structures demonstrated that the increase in the explosion distance to the extent of the tunnel’s diameter (D) brings about decreases in the tunnel’s crest by 43%. The existence of the adjacent tunnels leads to the creation of interactive forces resulting from the weight of the buried structure and reflection of the explosion waves due to the rigidity of the tunnel’s wall in the environment which per se cause increase in the explosion-driven displacements.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Soil layering
  • Explosion
  • Damping
  • Buried structures
  • Soil
  • Isfahan’s Subway Tunnel