بررسی شاخص قابلیت اطمینان لرزه‌ای در تونل‌های کم عمق زیرزمینی با ترکیب سه روش سطح پاسخ، هاسوفر- لیند و المان محدود

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای مهندسی عمران -مهندسی زلزله دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

2 استادیار گروه مهندسی زلزله، دانشکده فنی و مهندسی، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات تهران

3 استادیار گروه مهندسی زلزله و مدیر پژوهش دانشکده فنی و مهندسی، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد علوم وتحقیقات تهران

چکیده

صولا سازه‌های زیرزمینی نظیر تونل‌ها توسط محیط اطراف خود (خاک یا سنگ) مقید شده و به همین دلیل در هنگام زلزله به همراه زمین، همچون جسمی یکپارچه عمل کرده و معمولا تشدیدی در آنها رخ نمی‌دهد. بنابراین، پاسخ لرزه‌ای پوشش تونل توجه ویژه‌ای را می‌طلبد. محدود بودن داده‌های تحقیقاتی و تغییرات فضایی گسترده، توصیف موقعیت زمین‌شناختی آنها را دشوار می‌کند. بنابراین، پارامترهای حاکم بر طراحی آنها بسیار زیاد بوده و تغییرپذیری آن را نیز نمی‌توان نادیده گرفت. یک راه حل برای این مسئله طراحی و تحلیل مبتنی بر قابلیت اطمینان است. در این پژوهش تحلیل مبتنی بر قابلیت اطمینان سیستم پوشش یک تونل کم‌عمق زیرزمینی در خاک ارائه می‌شود. مواردی از قبیل توصیف ارتباط بین پوشش تونل و محیط اطراف، عدم دسترسی به یک فرم بسته تابع عملکردی مورد مطالعه قرارگرفته است. همچنین تحلیل‎ها در دو محیط لرزه‌ای و استاتیکی با درنظرگرفتن متغیرهای تصادفی در مشخصات مصالح خاک انجام شده است. پاسخ لرزه‌ای پوشش تونل برای نیروی محوری، لنگرخمشی و نیروی برشی بررسی می‌شود. در این مقاله با ترکیب روش سطح پاسخ (RSM)، مفهوم قابلیت اطمینان هاسوفر-لیند (HLM) و روش المان محدود (FEM) به بررسی عملکرد پوشش تونل (تحت شرایط استاتیکی و لرزه‌ای) پرداخته شده است. نتایج تحلیل‌ها نشان می‌دهدکه شاخص قابلیت اطمینان برای پاسخ نیروی برشی پوشش تونل تحت رکوردهای زلزله، کمتر از نیروی محوری و لنگرخمشی می‌باشد. همچنین در این پژوهش شاخص قابلیت اطمینان برای تمامی پاسخ‌های ایجادشده(نیروی محوری، لنگرخمشی، نیروی‌برشی و جابجایی) در پوشش تونل تحت سطح لرزه‌ای کمتر از سطح استاتیکی بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


American Concrete Institute, (2005). Building code requirements for structural concrete (ACI 318-05). ACI Committee 318, Michigan.
Asheghabadi, M. S., & Matinmanesh, H. (2011). Finite Element Seismic Analysis of Cylindrical Tunnel in Sandy Soils eith Consideration of Soil- Tunnel Interaction. The Twelfth East Asia-Pacific Conference on Structural Engineering and Construction (pp.3162-3169). Doi:10.1016/ j.proeng.2011.07.399.
Chopra, A.K, (1995). Dynamics of Structures.Theory And Applications To Earthquake Engineering (B. Stenquist, Ed). United States of America: Prentice-Hall. ISBN 0-13-855214-2.
Daryan, A., Bahrampoor, H., Arabzadeh, H. (2011). Complete Manual of ABAQUS. ISBN 978-964-7517-44-7.
Li, D. Q., Jiang, Sh. H., Cao, Z. J., Zhou, Ch. B., Li, X. Y., Zhang, L. M. (2015). Efficient 3-D Reliability Analysis of The 530 M High Abutment Slope at Jinping I Hydropower Station During Construction. Journal of Engineering Geology. http: //dx.doi.org/ 10-1016/j.enggeo.2015.06.007.
Dodagoudar, G. R. & Venkatachalam, G. (2000). Reliability Analysis Of Slopes Using Fuzzy Sets Theory. Computers and Geotechnics, Vol. 27, pp. 101-115.
Laso, E., Lera, M. G., Alarcón, E. (1995). A Level of Reliability Approach to Tunnel Support Design. Applied Mathematical Modelling, Vol. 19, June. 1995 by Elsevier Science Inc.
FHWA- NHI-09-010. (2009). Technical Manual for Design and Construction of Road Tunnels-civil Elements. Washington, Federal Highway Administration (FHWA).
Haldar, S. & Babu, G. L. S. (2008). Load- Resistance Factor Design of Axially Loaded Pile Based on Load Test Results. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, Vol.134, No.8, pp.1106-1117.
Hashash, Y. M. A., Hook, J. J., Schmidt, B., Yao, J. C. (2001). Seismic Design and Analysis of Underground Structures. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 16, pp. 247-293.
Hashash, Y. M., Park, D., Chiang Yao, J. I. (2005). Ovaling Deformations of Circular Tunnels Under Seismic Loading, an Update on Seismic Design and Analysis of Underground Structures. Tunnelling & Underground Space Tech., Pergamon, Vol. 20, pp. 435–441.1.
Hasofer, A.M. & Lind, N.C. (1974). Exact and Invariant Second-Moment Code Format. Journal of Engineering Mechanics, ASCE, Vol. 100(1), pp. 111-121.
Kolymbas, D. (2008). Tunnelling and Tunnel Mechanics A Rational Approach to Tunnelling. German: ISBN: 978-3-540-25196-5.
Kulhawy, F. H. (1975). Stresses and Displacements Around Openings in Homogeneous Rock. International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts, Vol. 12, pp. 43-57.
Melchers R. (1999). Structural Reliability Analysis and Prediction. John Wiley & Sons, Chichester.
Myers, R. H. & Montgomery, D. C. (1995). Response Surface Methodology Process and Product Optimization Using Design Experiments. John Wiley & Sons, New York.
Naik, A, V. (1981). Interactive Analysis of Tunnels in Layered Medium Using Finite and Infinite Elements. Ph.D. Thesis, IIT Bombay, India.
Novak, A. S. & Collins, K. R. (2000). Reliability of Structures. Mc Graw-Hill Inc., New York, Ny., USA.
Penzien, J., (2000). Seismically Induced Racking of Tunnel Linings. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, Vol. 29, pp. 683_691.
Lü, Q., Chan, C. L., & Low, B. K. (2013). System Reliability Assessment for a Rock Tunnel with Multiple Failure Modes. Rock Mechanics and Rock Engineering. July 2013, Volume 46, Issue 4, pp 821-833.
Shahbazi, R & Yekrangnia, M.(2014). Abaqus Applied Manual with Examples for Civil Engineering. ISBN 978-600-5176-17-9
Sevim, B. (2011), Nonlinear Earthquake Behaviour of Highway Tunnels. Natural Hazards and Earth System Sciences. doi:10.5194/nhess-11-2755-2011. www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/11/2755/2011/.
Sreedharan, M., Mathada, V.S. & Venkatachalam G. (2006). Reliability Analysis of Rock Slopes – Case Studies. Proc. Tenth International Conf. on Structural Engneeringand Construction (EASEC -10), Bangkok, Thailand, August 3-5, 2006, Vol.8, pp. 71-76.
Venkatachalam, G. (2004). Hazard and Risk Evaluation of Natural Slopes. Key Note Paper presented at ASCE International Conf. Earth & Space, 2004, Houston, Texas, USA.
Venkatachalam, G. (2005). Reliability and Risk Analysis of Slopes and Application to Landslides. 28th Annual Lecture of the Indian Geotechnical Society, delivered during IGC-2005, Ahmedabad.
Wang, J. N., (1993). Seismic Design of Tunnels: A State-of-the-art Approach. Parsons Brinckerhoff Quade & Douglas, Inc. http://www.pbworld.com/ pdfs/publications/monographs/wang.pdf.