تحلیل تونل‌های زیر سطح آب زیرزمینی با در نظر گرفتن رفتار نرم کرنشی در ناحیه‌ی پلاستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران و محیط زیست؛ دانشگاه صنعتی امیرکبیر

2 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی ارشد مهندسی عمران؛ گرایش ژئوتکنیک؛ دانشگاه تفرش؛ کارشناس شرکت آب منطقه‌ای البرز

3 دانش‌آموخته‌ی کارشناسی ارشد مهندسی عمران؛ گرایش ژئوتکنیک؛ دانشگاه تفرش؛ کارشناس شرکت مهندسی مشاور طاها

4 دانشجوی دکترای تخصصی؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران؛ دانشگاه تبریز

چکیده

در این مقاله تونل‌های زیر سطح آب زیرزمینی در شرایط تقارن محوری و کرنش صفحه‌ای بررسی و با استفاده از روش عددی تفاضل محدود، روشی نوین برای محاسبه‌ی توزیع فشار آب حفره‌ای، تنش و کرنش در اطراف تونل دایروی حفر شده در سنگ پیشنهاد شده است. در این روش، توده‌سنگ اطراف تونل به صورت الاستوپلاستیک با مدل نرم‌کرنشی در نظر گرفته شده است. با توسعه‌ی مدل‌های پیشین در مدل جدید ارایه شده، تاثیرات نمو کرنش الاستیک در ناحیه‌ی پلاستیک و زاویه‌ی اتساع توده‌سنگ نیز لحاظ شده است. علاوه بر این موارد، جریان تراوش و نفوذپذیری ثانویه‌ی توده‌سنگ به سبب وجود کوپل هیدرومکانیکی در ناحیه‌ی پلاستیک نیز در نظر گرفته شده است. این مدل، توزیع فشار آب حفره‌ای در ناحیه‌ی الاستیک در تمام جهات اطراف تونل را به صورت دقیق‌تری نسبت سایر مدل‌ها محاسبه می‌کند. از آنجایی که معادلات حاکم، حل بسته نخواهد داشت، برنامه‌ای کامپیوتری بر مبنای این مدل، نوشته شده و دقت و کاربرد عملی آن با چندین مثال مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده تاثیرات زاویه‌ی اتساع، نمو کرنش الاستیک در ناحیه‌ی پلاستیک و شرایط آب زیرزمینی را به خوبی نشان می‌دهند.

کلیدواژه‌ها


[1]     Brown, E., & Bray, J. (1982). Rock-Support Interaction Calculations for Pressure Shafts and Tunnels. ISRM Symposium, Rock Mechanics Related to Caverns and Pressure Shafts (pp. 26-28). Aachen, Germany. A.A. Balkema. ISBN 10: 9061912334.
[2]     Fazio, L., & Ribacchi, R. (1984). Influence of Seepage on Tunnel Stability. ISRM Symposium on Design and Performance of Underground Excavations (pp. 173-184). Cambridge: British Geotechnical Society, UK. Thomas Telford. ISBN: 9780727735652.
[3]     Carosso, G., & Giani, G. (1988). Analytical Solutions for Potentials and Stresses around a Cavity under a Water Table. In Serrano (Ed.), International Congress on Tunnels and Water, 3, (pp. 1209-1217). Madrid, Spain. Taylor & Francis Group. ISBN: 9061918219.
[4]     Nam, S. W., & Bobet, A.  (2006). Liner Stresses in Deep Tunnels below the Water Table. Tunneling and Underground Space Technology, 21(6), 626–635. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2005.11.004.
[5]     Lee, S. W., Jung, J. W., Nam, S. W., & Lee, I. M. (2007). The Influence of Seepage Forces on Ground Reaction Curve of Circular Opening. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(1), 28-38. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2006.03.004.
[6]     Shin, Y. j., Kim, B. M., shin, J. H., & Lee, I. M. (2010). The Ground Reaction Curve of Underwater Tunnels Considering Seepage Forces. Tunnelling and Underground Space Technology, 25(4), 315-324. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2010.01.005.
[7]     Fahimifar, A., & Zareifard, M. R. (2009). A Thoretical Solution for Analysis of Tunnels below Groundwater Considering the Hydraulic-Mechanical Coupling. Tunnelling and Underground Space Technology, 24(6), 634-646. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2009.06.002.
[8]     Kolymbas, D., & Wagner, P. (2007). Groundwater Ingress to Tunnels-The Exact Analytical Solution. Tunnelling And Underground Space Technology, 22(1), 23-27. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2006.02.001.
[9]     Ming, H., Meng, S. W., Tan, Z. S., & Xiu, Y. W. (2010). Analytical Solution for Steady Seepage into an Underwater Circular Tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, 25(4), 391-396. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2010.02.002.
[10] Timoshenko, S., & Goodier, J. (1994). Theory of Elasticity. New York: McGraw-Hill. ISBN: 9780070701229.
[11] Hoek, E., & Brown, E. T. (1980). Empirical Strength Criterion for Rock Masses. Journal of Geotechnical Engineering, 106(9), 1013-1035.
[12] Brown, E. T., Bray, J. W., Ladanyi, B., & Hoek, E. (1983). Ground Response Curves for Rock Tunnels. Journal of Geotechnical Engineering, 109(1), 15-39. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9410(1983)109:1(15).
[13]قدمی، ح. (1390). تحلیل پایداری تونل‌های تحت فشار با در نظر گرفتن اثر تراوش. تفرش، ایران: پایان‌نامه‌ی کارشناسی‌ارشد، دانشگاه تفرش.
[14] Park, K. H., Tontavanich, B., & Lee, J. G. (2008). A Simple Procedure for Ground Response Curve of Circular Tunnel in Elastic-Strain Softening Rock Masses. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(2), 151-159. http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2007.03.002.
[15] Alonso, E., Alejano, L. R., Varas, F., Fdez-Manin, G., & Carranza-Torres, C. (2003). Ground Response Curves for Rock Masses Exhibiting Strain-Softening Behavior. International Journal of Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 27(13), 1153-1185. http://dx.doi.org/10.1002/nag.315.
[16] Lee, Y. K., & Pietruszczak, S. (2008). A New Numerical Procedure For Elasto-Plastic Analysis of a Circular Opening Excavated in a Strain-Softening Rock Mass. Tunnelling and Underground Space Technology, 23(5), 588-599.http://dx.doi.org/10.1016/j.tust.2007.11.002.