مقاله بررسی ایمنی تونل ها در مواجهه با زمین های نرم

word قابل ویرایش
11 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
8700 تومان

*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***

بررسی ایمنی تونل ها در مواجهه با زمین های نرم
چکیده
تونل های متعددی در سرتاسر جهان در زمی های نرم اجرا شده یا در حال اجرا است ؛ این در حالی است که نمونه های نه چندان کمی از آنها مورد خسارات ناشی از عدم بررسی های همه جانبه ایمنی تونل قرار م گیرد. این گونه خرابی ها شامل خرابی جبهه حفاری، خرابی قسمت های لاینینگ نشده یا حتی مح های لاینینگ شده را نیز شامل میشود. در زمینه پایداری یا ایمنی سازه تونل و خاک اطراف آن کار چندانی انجام نشده است . این در حالی است که در صورت آگاهی از میزان ایمنی سازه تونل در مراحل مختلف حفاری و بعد از حفر آن می توان به هر چه اقتصاد تر نمودن این طراحی و اجرای تونل در این گونه زمین ها پرداخت . در این مقاله به ارزیابی ایمنی تونل ها در کوتاه مدت پرداخته می شود. نتایج نشان داده است که این پارامتر نقش اساسی در طراحی المان های نگهبان موقت و دائمی تونل دارد.
واژه های کلیدی: تونل سطحی، تونل عمیق ، زمین نرم ، ایمنی، FLAC.

١- مقدمه :
تونل سازی در مناطق شهری بخصوص جهت استفاده در حمل و نقل عمومی بطور قابل توجهی در سالهای اخیر افزایش یافته است . همزمان با حفاری بناهای زیرزمینی از جمله تونل به علت تغییرات به وجود آمده در خاک، تعادل اولیه محیط اطراف تونل به هم می خورد که این امر می تواند منجر به ایجاد نشستهای سطحی و زیر سطحی و جابجایی های افقی در محیط اطراف تونل گردد (موسیوند و بیات ، ١٩٣١). جابجایی های قائم به وقوع پیوسته در اثر حفاری تونل ، خصوصاً زمانی که تونلها در خاک های نرم و فشرده شونده قرار دارند، می تواند قابل توجه باشد. بررسی بسیاری از محققان نشان داده است که اجرای سازه های زیر سطحی می تواند به عنوان مهمترین چالش مهندسی عمران به شمار آید ( ,Bernat and Cambou ١٩٩٩ ,Chiles and Delfiner ;١٩٨٢ ,Attewell and Christian ;٢٠٠٨ ,.Liu et al ;١٩٩٨). ساخت تونلها باید بدون خرابی سازه های قرار گرفته روی محل حفاری و یا سازه های زیر سطحی به انجام برسد. خلاصه ای از مرورهای به عمل آمده توسط محققان روی جابجایی های قائم سطح زمین به واسطه حفر تونل توسط , ,(١٩٩٩) ,Phoon and Kulhawy (٢٠٠۶) ,.and Baker et al (٢٠٠٣) Baecher and Christian به انجام رسیده است . این در حالی است که روشهای صورت گرفته جهت کنترل ایمنی تونلها غالباً در سه بخش کلی زیر تقسیم بندی می شود: ١- روشهای تجربی، ١- روشهای مدل سازی آزمایشگاهی و ٩- روشهای عددی (موسیوند، ١٩٣١). روش های تجربی عمدتاً برای رده بندی سن ها با مشخصات ژئومکانیکی مشابه میباشند و میتوان از این دسته بند ها به عنوان مرجعی جهت بررسی ایمنی تونل و انتخاب پوشش مناسبی برای آن با استفاده از رده سنگی آن و بار وارد شده به آن ، اقدام نمود (مدنی ١٩٣١). این روشها پاسخ مناسبی برای زمینهای دانه ای یا زمین های با خاک نرم نخواهند داشت . در روش های مدل سازی آزمایشگاهی با استفاده از مد های کوچک مقیاس میتوان وضعیت پایداری تونل یا سایر حفره های زیرزمینی را بررسی نمود. در این روش ، با استفاده از نسبت مقاومت سنگ یا خاک به تنش موثر آن ، می توان منحنیهای ه تراز را رسم نمود؛ جاهایی که این نسبت کمتر از ١ باشد خاک ناپایدار است . با استفاده از این مدل های آزمایشگاهی میتوان ایمنی تونل را تحت بارگذاریهای مختلف ، مورد بررسی قرار داد. البته در این جا باید مسئله اثر مقیاس را نیز مدنظر قرار داد (مدنی ١٩٣١، ٢٠٠٢ .Vermeer et al). مطالعات چندانی از این روش توسط محققان صورت نپذیرفته است . بیشتر محققان از روش مدل سازی فیزیکی جهت بررسی میزان نشستها استفاده نموده اند و به پارامتر ایمنی تونل توجه خاصی ننموده اند. به دلیل مشکلات و عدم قطعیت های موجود در موارد فوق الذکر روش عددی در تعیین ایمنی تونل مورد توجه طراحان ژئوتکنیک قرار گرفت . در این روش که با استفاده از روش های عددی که عمدتاً توسط برنامه های کامپیوتری انجام میشود، با بررسی توزیع کرنش (تغییرمکانها) یا توزیع تنش ها را در اطراف تونل ها، ایمنی تونل بدست آورده می شود. خلاصه ای از تحقیقات انجام شده توسط محققان مختلف در این زمینه ارائه شده است (ملکی، ١٩٣٣، ١٩٩٧ Carranza-Torres and Fairhurst):
در صورت استفاده از توزیع تنش ، پس از تعیین تنش های مختلف در اطراف تونل ، می توان مشخص ای موسوم به نسبت مقاومت بر تنش را در نقاط مختلف محاسبه کرد که این نسبت به سادگی از تقسیم مقاومت در هر نقطه بر تنش موثر هم نام آن بدست میآید (مثلاً نسبت مقاومت فشاری به تنش فشاری). برای کرنش (یا نرخ کرنش ) نیز مسئله به همین صورت است .
البته بعضی از محققین برای بررسی عددی پایداری با استفاده از مدل های عددی از جمله مور-کولمب از رابطه استفاده نموده اند. مدل مور-کولمب ، مدل ارتجاعی-کاملاً خمیری میباشد؛ در این مدل تا زمانی که تنش برشی موجود در رابطه صدق کند، ماده به حالت ارتجاعی خواهد بود، ولی در صورتی که مقدار تنش برشی موجود بیشتر از رابطه ذکر شده باشد، خرابی در مصالح صورت م گیرد. با در نظر گرفتن ضریب اطمینان ، می توان مقدار تنش مجاز را نیز بدست آورد در جهت تدقیق در روایط ایمنی تونل باید از مدلهای دقیق تری جهت تحلیل استفاده شود. در این تحقیق با استفاده از یک مدل الاستوپلاستیک با سخت شوندگی همسان به مطالعه ایمنی تونل پرداخته می شود (موسیوند، ١٩٣١). مدل مورد نظر قادر به شبیه سازی مسیرهای تنش پیچیده موجود در پدیده تونل سازی می باشد. جهت تحلیل تونل و همچنین تعیین ایمنی تونل با استفاده از دو مدل مور کولمب و همچنین مدل cjs پرداخته خواهد شد و مقایسه ای بین نتایج آن خواهد شد.
٣- مدل رفتاری و پارامترهای مدل
در مدل ¬سازی انتخاب مدل رفتاری نقش ب یار مهمی دارد، چرا که میدان تنش –کرنش حاصل از تحلیل وابستگیزیادی به مدل رفتاری دارد. در دو دهه اخیر محققان مختلفی تلاش در جهت مدل سازی تونل با استفاده از روشهای اجزای محدود و تقاضل محدود انجام دادند که از آن میان می توان به ;٢٠٠٠ ,Dias and Kastner ;١٩٩۴ ,Shahrour and Ghorbanbeigi
٢٠٠۶ ,Meguid and Rowe ;٢٠٠٣ ,Mroueh and Shahrour اشاره نمود. با توجه به توصیه ¬های راهنمای FLAC برای حفاری تونل ¬ها و مطالعات پیشین انجام شده توسط نویسنده تحقیق مدل رفتاری CJS انتخاب گردید.
در مدل رفتاری به کار رفته در تحقیق حاضر بر خلاف مدل های الاستیک –پلاستیک کامل ، مدل به صورت الاستوپلاستیک در نظر گرفته شده است . چنین ملاحظه ای این امکان را فراهم می سازد که از قابلی های یک مدل الاستوپلاستیک به خصوص جهت بیان خرابی، ارتباط غیرخطی و الاستو-پلاستیک تنش -کرنش و بیان رفتار اتساع -انقباض استفاده شود. این مدل ساده الاستوپلاستیک از زیر مدل های مدل CJS میباشد(١٩٩٨ Maleki ;٢٠٠٠ .Maleki et al). این مدل دارای دو مکانیزم خمیری است . اولین مکانیزم برای بارگذاری های انحرافی فعال شده ، دارای یک قانون جریان غیر متحد و تحول سطح تسلیم آن توسط یک سخت شوندگی همسان صورت میگیرد. دومین مکانیزم مربوط به بارگذاری همسان است .
سطح تسلیم آن یک صفحه عمود بر محور هیدروستاتیک است و جزء کرنش با استفاده از قانون جریان متحد حاصل میشود. کلیه پارامترهای مدل دارای معنی فیزیکی مشخص بوده که به سادگی از نتایج آزمایش های معمول آزمایشگاهی قابل تعیین هستند (ملکی ١٩٣٣).
سطح خرابی در این مدل به صورت زیر است :

که در آن نامتغیر دوم تانسور انحرافی نامتغیر اول تانسور تنش باشد.
تابعی است که تغییرات شعاع سطح خرابی را در پلان انحرافی بر حسب زاویه لود، ، مطابق رابطه زیر بیان میکند.

در این تحقیق با توجه به آن که هدف مدل کردن رفتار تابع زمان خاک هاست و با توجه به آنکه اثر زمان در خاکهای رسی بیشتر ظاهر میگردد لذا اثر چسبندگی را به صورت زیر در معادله سطح خرابی وارد شده است (ملکی ١٩٣٣).

Ic١ پارامتری است که بر حسب چسبندگی خاک به دست میآید و در شکل زیر سطح خرابی در پلان انحرافی و پلان تنش انحرافی بر حسب تنش داده شده است .

شکل ١:نمایش سطوح مختلف مک نیزم انحرافی مدل در پلان انحرافی و در پلان تنش انحرافی بر حسب تنش همسان
(ملکی ١٣٠٩)
۴- معرفی تونل وِزلیون (مقطع ٢)
تونل مورد بررسی در ناحیه مرکزی شهر لیون ، با استفاده از ماشین های حفار مکانیزه مورد حفاری قرار گرفته است ( استفاده از روش های حفاری کلاسیک باعث بروز تخریب و آسیب به سازه های موجود در این ناحیه میگردید ) ( Amet et
١٩٩۶ ,.al). تونل فوق با قطر داخلی ١ متر و قطر خارجی ١.٩١ متر و طول ٣۵١ متر در طی سال های ١٣٣٩ الی ١٣٣۵ در این ناحیه حفر گردیده اند. تونل ها در لایه های رسوبی سیلتی که دارای خصوصیات مکانیکی نسبتاً ضعیفی هستند حفر می شوند. ضخامت لایه سربار تونل در طول مسیر متغیر بوده و حداکثر مقدار آن برابر ١۵ است . (١٩٩٩ ,.Bernat et al). در این تحقیق به دلیل تقارن موجود در مقطع تونل از تحلیل نصف تونل استفاده شده است (شکل ١). با توجه به نداشتن پارمترهای مدل رفتاری CJS، با استفاده از تحلیل های بازگشتی پارامترهای مصالح به صورت زیر انجام گرفته است (امین پور،

۵- تحلیل و ارزیابی نتایج

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
wordقابل ویرایش - قیمت 8700 تومان در 11 صفحه
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد