مدل‌سازی عددی اندرکنش تونل و گسلش نرمال در آبرفت ماسه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

2 استادیار؛ دانشکده‌ی مهندسی عمران، دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

چکیده

پدیده‌ زلزله یکی از مهمترین خطرات زندگی بشر است. زلزله‌های بزرگ مقیاس رخ داده در دهه‌های اخیر تغییر مکان‌های دائمی بزرگی در زمین ایجاد کرده و خود منجر به خسارات زیادی به سازه‌های بزرگ از قبیل سد، پل و شریان‌های حیاتی واقع در ناحیه گسلش شده‌است. این رخدادهای بزرگ ضرورت به کاری گیری اقدامات مناسب در برابر گسیختگی گسل سطحی ناشی از زلزله را خصوصا زمانی که سازه‌های زیر زمینی با ناحیه فعال گسل برخورد کنند روشن می‌کند و به همین دلیل طراحی بهینه سازه‌های زیر زمینی ضروری است. بر این اساس مقاله‌ حاضر بررسی ویژگی‌های انتشار گسیختگی گسل زلزله و رفتار تونل‌های در معرض جابجایی‌های گسل را برای افزایش عملکرد سازه‌های مقاوم در برابر زلزله مورد مطالعه قرار داده است. در این پژوهش تاثیر حضور یا عدم حضور تونل در جبهه گسترش گسلش نرمال به وسیله نرم افزار المان مجزا مدلسازی گردیده‌است. همچنین به منظور صحت سنجی مطالعات عددی انجام شده در این پژوهش، نتایج حاصله با نتایج تعدادی از آزمایش‌های سانتریفیوژ انجام شده در زمینه اندرکنش تونل و گسلش نرمال، مورد مقایسه قرار گرفته است. مدلسازی اندرکنش تونل و گسلش در خاک ماسه خشک، هنگامی که تونل به صورت موازی با خط گسل در بالای سنگ بستر است، مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که وجود تونل سبب تغییر مسیر گسلش گردیده همچنین ناحیه برشی در سطح و داخل لایه خاک با وجود تونل گسترش وسیعی داشته است. مقایسه بین مدل مطالعات عددی و آزمایش‌های سانتریفیوژ نشان می‌دهد که اثر متقابل بین گسلش زلزله و تونل به فشار سربار تونل، صلبیت تونل، موقعیت تونل نسبت به مرکز گسلش و پارامترهای مکانیکی خاک بستگی دارد. همچنین انحراف مسیر گسلش، تغییرمکان‌های سطحی خاک و افزایش خطر گسلش نرمال بر سازه‌های سطحی را به خوبی نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها


Anastasopoulos, I., Gazetas, G., Bransby, M. F., Davies, M. C., Nahas, A. EI. (2007). Fault Rupture Propagation through Sand: Finite-Element Analysis and Validation through Centrifuge Experiments. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol. 133, No. 8.
Anastasopoulos, I., Gerolymos, N., Drosos, V., Georgarakos, T., Kourkoulis, R., Gazetas, G. (2008). Behavior of deep immersed tunnel under combined by normal fault rupture deformation and subsequent seismic shaking. Bulletin of Earthquake Engineering, 6, 213–239
Baziar, M. H., Nabizadeh, A., Khalafian, N., Lee, C.J., Hung, W. Y. (2020). Evaluation of reverse faulting effects on the mechanical response of tunnel lining using centrifuge tests and numerical analysis. Géotechnique,70 (6),490-502.
Baziar, M. H., Nabizadeh A., Jabbary M. (2012). Evaluation of Fault– foundation interaction using numerical studies, 15th World Conference on Earthquake Engineering.
Baziar, M. H., Nabizadeh A., Lee CJ, Hung W. Y. (2014). Centrifuge modeling of interaction between reverse faulting and tunnel. Soil Dynamics and Earthquake Engineering 65 (2014) 151–164.
Baziar, M. H., Nabizadeh A., Jabbary M. (2015). Numerical modeling of interaction between dip slip fault and shallow foundation.Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 13, pp. 1613-1632.
Baziar, M. H., Nabizadeh A., Mehrabi R, Lee CJ and Hung WY. (2016). Evaluation of underground tunnel response to reverse fault rupture using numerical approach.Soil Dynamics and Earthquake Engineering 83: 1-17.
Cundall, P. A., Strack, O. D. L. )1979(. A discrete numerical model for granular assemblies. Geotechnique 29, No. 1, 47-65.  
Chang, Y.Y., Lee, C.J. Huang, W.C., Huang, W.J., Lin, M.L., Hung, W.Y., Lin, Y. H. (2013). Use of Centrifuge Experiments and Discrete Element Analysisto Model the Reverse Fault Slip. International Journal of Civil Engineering11(2):79-89.
Ghadimi Chermahini, A., Tahghighi, H. (2019). Numerical finite element analysis of underground tunnel crossing an active reverse fault: a case study on the Sabzkouh segmental tunnel. Geomechanics and Geoengineering. 14(3):155-166. 
Ghadimi Chermahini, A. (2016). Finite element analysis of tunnels behavior due to reverse fault displacement. Thesis(MSc). University of Kashan, Iran
Itasca: PFC2D (3.1) Manual, Itasca Consulting Group, USA.
Johansson J., Konagai K. (2007). Fault induced permanent ground deformations: Experimental verification of wet and dry soil, numerical findings’ relation to field observations of tunnel damage and implications for design. Soil Dynamics and Earthquake Engineering27:938-956.
Konagai, K., Johansson, J. (2006). Fault induced permanent ground deformations and experimental comparison of wet and dry soil and implications for buried structures. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 26, 45–53.
Konagai, K. (2005). Data archives of seismic fault induced damage. Journal of Soil Dynamics and Earthquake Engineering 25, 559–570.
Lin, M. L., Chung, C. F., Jeng, F. S. (2007). The deformation of the overburden soil induced by thrust faulting and its impact on underground tunnels. Engineering Geology, 92, 110–132.
 Loli, M., Bransby, M. F., Anastasopoulos, I., Gazetas, G. (2012). Interaction of caisson foundations with a seismically rupturing normal fault: centrifuge testing versus numerical simulation. Ge´otechnique 62, No. 1, 29–43.
O’Sullivan, C., Bray, J. D., Cui, L. (2006). Experimental Validation of Particle-Based Discrete Element Methods. Géotechnique 56 (7), 455-468.
Tahghighi, H. and Hajnoruzi, M.M. (2017). Finite element analysis of buried pipelines crossing reverse fault. Modares Civil Engineering Journal, Volume 17 , Number 2; Page(s) 67 To 79.
 
Towhata, I. (2008). Geotechnical earthquake engineering. Springer Series in Geomechanics and Geoengineering.
Wang, W.L., Wang, T. T., SU, J. J., Lin, C. H., Seng, C. R., Huang, T. H. (2001). Assessment of damage in mountain tunnels due to Taiwan Chi-Chi earthquake. Tunneling and Underground Space Technology. Technology16: 133–150.
Yimsiri S. and Soga K. (2000). Micromechanics-based stress-strain behavior of soils at small strains, Geotechnique, 50(1), 559-571.