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؛ مهندسی عمران، دانشگاه هرمزگان

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


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)
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
Campbell, J., Vignjevic, R. (2009). Artificial Viscosity Methods forModelling Shock Wave Propagation. In Predictive Modeling of Dynamic Processes (pp. 349-365). Springer, Boston, MA.‏
Yankelevsky, D.Z. Feldgun, V.R., Karinski. Y.S. (2008). "Underground explosion of a cylindrical charge near a buried wall." International Journal of Impact Engineering 35: 905-919. https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2007.10.008
FLAC 2D  User Manual. (2019) ITASCA Consulting Group, Inc. Version 8.10.‏477
Borgers, J. Vantomme. (2006). Towards a parametric model of a planar blast wave created with detonating cord, in: 19th International Sympsium on the Military Aspect of Blast and Shock, Calgary, Canada: 1-12
Keskin, İ., Ahmed, M. Y., Taher, N. R., Gör, M., & Abdulsamad, B. Z. (2022). An evaluation on effects of surface explosion on underground tunnel; availability of ABAQUS Finite element method. Tunnelling and Underground Space Technology120, 104306.‏ https://doi.org/10.1016/j.tust.2021.104306
Kheirandish, M., Alizadeh Souri, B. (2016). Investigation of the effect of blast wave on underground tunnels. Journal of Modern Defense Science and Technology, 201-208. (In Persian)
Li, P.-J., (2020). "Explosion mechanism analysis during tunnel construction in the Zengwen Reservoir." Tunnelling and Underground Space Technology 97: 103279. https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.103279
Lysmer, J., & Kuhlemeyer, R. L. (1969). Finite dynamic model for infinite media. Journal of the engineering mechanics division95(4), 859-877.‏
Mobaraki, B. and M. Vaghefi. (2015). "Numerical study of the depth and cross sectional shape of tunnel under surface explosion." ­Tunneling and Underground Space Technology 47: 114 – 122. (In Persian)
Mohammadnejad, M., Ramezanzadeh, A., Jalali, M., Azizmohammadi, D. (2011). Dynamic analysis of underground structures under load due to explosion of ground penetrating rocket. Sixth International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, 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.‏
Moomivand, H., Maarefvand, P., & Moomivand, H. (2021). A New Empirical Approach to Assess Wave Velocities and Dynamic Elastic Properties of Several Models of Jointed Rock Before and After Grouting. Rock Mechanics and Rock Engineering54(12), 6439-6455.‏
Niroomand, H. (2010). Report of explosion studies in soil based on work done in different countries, Tehran, Malek Ashtar University of Technology
Qian, H., Zong, Z., Wu, C., Li, J., & Gan, L (2021). Numerical study on the behavior of utility tunnel subjected to ground surface explosion. Thin-Walle  Structures161, 107422.‏ https://doi.org/10.1016/j.tws.2020.107422
Rashiddel, A., Kharghani, M., Dias, D., & Hajihassani, M. (2020). Numerical study of the segmental tunnel lining behavior under a surface explosion–Impact of the longitudinal joints shape. Computers and Geotechnics128, 103822.‏ https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2020.103822
Sakurai, S. (1997). Lessons learned from field measurements in tunnelling. Tunnelling and underground space technology  12(4), 453-460.‏
Sadegh Azar, M., Attarnejad, R., Adel, Khosravi. (2010). Evaluation of response of reinforced concrete structures buried   under surface explosion by numerical simulation.  First National Conference on Structures, Earthquakes, Geotechnics. (In Persian)
Thai, D. K., Tran, M. T., Phan, Q. M., & Pham, T. H. (2021). Local damage of the RC tunnels under ballistic missile impact investigated by finite element simulations. In Structures (Vol. 31, pp. 316-329). Elsevier.‏ https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.092
Yang, Z. (1997). Finite element simulation of response of buried shelters to blast loadings. Finite Elements in Analysis and design 24(3): 113-132.‏ https://doi.org/10.1016/S0168-874X(96)00033