بخشی از مقاله
چکیده
این مقاله در ارتباط با تحلیل دینامیکی تونلهاي انحرافی سد آغچاي در برابر بارهاي زلزله واقع شده در استان آذربایجانغربی 45 کیلومتري شهرستان خوي میباشد. اگرچه سازههاي زیرزمینی در برابر زلزله ایمنتر و مقاومتر از سازههاي سطحی هستند اما با این وجود زلزلههاي اخیر رخ داده در بعضی از کشورها مانند ترکیه، تایوان و ژاپن آسیبهاي مهمی را به تونلها وارد آوردهاند و همچنین از آنجا که تونلهاي انحرافی سد آغچاي در یک منطقه زلزله خیز واقع شدهاند تحلیل دینامیکی آنها ضروري به نظر میرسد. در این مقاله براي انجام تحلیل از دو روش تحلیلی و یک روش عددي با استفاده از برنامه کامپیوتري تفاضل محدود سه بعدي - نرمافزار - FLAC3D استفاده شده است. نتایج در شکلهاي نیرو، ممان، تنش و کرنش ارائه شدهاند سپس مقایسهاي ما بین نتایج حاصل از روش عددي و تحلیلی انجام میگیرد همچنین نتایج نشان میدهند موافقت خوبی مابین دو روش وجود دارد همچنین در این مقاله مقاومت سیستم نگهداري به کار برده شده در برابر بارهاي زلزله مورد بررسی قرار می گیرد به نظر می رسد که نگهداري به کار برده شده در برابر بارهاي زلزله مقاوم خواهد بود.
واژگان کلیدي: تحلیل دینامیکی، تونل، زلزله، FLAC3D
مقدمه
امروزه با پیشرفت فنآوري، سهولت نسبی در حفاري و ساخت سازههاي زیرزمینی، محدودیتهاي فضاهاي سطحی براي اجراي طرحهاي عمرانی و نیز به واسطه مسائل سیاسی و امنیتی، توجه بسیاري از کشورهاي توسعه یافته و در حال توسعه به احداث سازههاي زیرزمینی براي کاربریهاي عمرانی، نظامی و معدنی معطوف شده است. راهها و بزرگراههاي زیرزمینی، انواع تونلها، شبکه متروي شهري، نیروگاهها و سایر مغارهاي زیرزمینی براي دفن زبالههاي هستهاي و یا به عنوان مخازن نفت، معادن، پناهگاهها و انبارها، تعدادي از سازههایی هستند که در کشورهاي مختلف به سرعت در حال ساخت و اجرا میباشند.
تونلهاي انحرافی سد آغچاي شامل دو تونل هر کدام به قطر 5 متر و عمق متوسط 75 متر و داراي طول 750 متر میباشند. - مهاب قدس، - 1372 با توجه به واقع شدن این تونلها در یکی از مناطق زلزلهخیز ایران و نیز اهمیت آنها در شبکه انتقال آب و خطري که در صورت آسیب دیدگی آنها متوجه منطقه خواهد شد، لازم است که پایداري سیستم نگهداري آنها در برابر خطرات ناشی از زلزله مورد مطالعه قرار گیرد. با توجه به اینکه بحرانیترین تغییر شکل حاصل شده در سطح مقطع تونلها در اثر بارگذاري زلزله تغییر شکل بیضوي میباشد بنابراین نیاز به پیشگویی تنشها - ممانها و نیروهاي محوري - تحت بارگذاري زلزله براي ارزیابی پایداري سیستم نگهداري است.
در سالهاي اخیر تلاشهاي زیادي توسط محقیقین براي توسعه راهحلهاي تحلیلی و عددي براي پیشگویی ممانها و نیروهاي محوري در لاینینگ تونلها تحت بارگذاریهاي استاتیکی و دینامیکی انجام شده است St John - 1978 - - ، Bobet - 2003 - ، Wang - 1993 - ، Penzein & Wu - 1998 - ، . - Hashash - 2001,2005 - در این مقاله از دو روش تحلیلی Wang - 1993 - و Bobet - 2003 - براي ارزیابی پایداري لاینینگ این تونلها در برابر بارهاي ناشی از زلزله استفاده میشود ممانها و نیروهاي محوري بدست آمده از روشهاي تحلیلی با نتایج حاصل از روشهاي عددي مقایسه میشوند. سپس با
مقایسه ماکزیمم تنشها و کرنشهاي بدست آمده از این روشها با تنش و کرنش مجاز، پایداري لاینینگ این تونلها در برابر زلزله مورد بررسی قرار میگیرد.
روش هاي تحلیلی تغییر شکل بیضوي در تونلهاي دایرهاي
سادهترین شکل تخمین تغییرشکل بیضوي این است که فرض شود تغییرشکلها در یک تونل دایرهاي در حالت میدان آزاد هستند بدان وسیله عکسالعمل تونل-زمین نادیده گرفته میشود. این فرض وقتی مناسب است که سختی بیضوي تونل نگهداري شده برابر با سختی زمین اطراف باشد. مرز مابین تونل - زمین سپس به عنوان یک ماده پیوسته بدون وجود تونل در نظر گرفته میشود که در آن کرنش قطري براي یک مقطع به صورت زیر محاسبه میشود:
اگر سختی بیضوي در مقایسه با زمین اطراف خیلی کوچک باشد اغتشاش تونل یا کرنش قطري با فرض یک تونل نگهداري نشده با استفاده از رابطه زیر محاسبه میشود: γmax کرنش برشی ماکزیمم، Vs سرعت ماکزیمم زمین در سطح، Cm سرعت انتشار موج برشی، d قطر تونل، νm نسب پواسون زمین است. این تغییر شکلپذیري در حالت وجود تونل خیلی بیشتر از حالتی است که بدون تونل و یک زمین پیوسته در نظر گرفته شود. - M.A Hashash, 2001 - در بسیاري از حالت ها عکس العمل زمین تونل باید در نظر گرفته شود. در قدم اول باید سختی تونل نسبت به زمین با
ضریب انعطاف پذیري وتراکم پذیري C - و - F کمی شود که به عنوان سختی هاي کششی ونرم زمین نسبت به لاینینگ معروفند:
νl نسبت پواسون لاینینگ ، Em مدول الاستیسته زمین، El مدول الاستیسیته لاینینگ، I ممان اینرسی لاینینگ تونل - بر واحد عرض - ، r و t به ترتیب شعاع و ضخامت لاینینگ تونل، F ضریب انعطافپذیري وC ضریب تراکمپذیري است. - C. - Pakbaz, 2005 در مطالعات اخیر براي تغییرشکل بیضوي روشهاي تحلیلی در قالب هاي نیروي محوري، ممان خمشی و جابجایی تحت شرایط بارگذاري خارجی پیشنهاد شدند. سپس راهحلها براي هر دو شرایط لغزش کامل و بدون لغزش مابین تونل و لاینینگ توسعه داده شدند. در لغزش کامل نیروي برشی قابل محاسبه نیست. - - M.A Hashash, 2005 Wang دوباره روابط را تغییر داد تا با بارگذاري زلزله ایجاد شده توسط امواج برشی سازگار باشند. تنش برشی میدان آزاد با فشار روباره برجا جایگزین شد و ضریب فشار خاك مرده در یک مقدار -1 ضرب شد که شرط برشی ساده شده را شبیه سازي میکند. تنش برشی به عنوان یک تابعی از کرنش برشی بیان شد. با فرض لغزش کامل، کرنش قطري، نیروي محوري ماکزیمم و ممان خمشی میتوانند به صورت زیر بیان شوند: T نیروي محوري، M ممان، θ زاویه نسبت به خط قائم در روي لاینینگ است.
علامت قراردادي جزئیات نیرو و ممان بالا در لاینینگ دایرهاي در شکل 1 نشان داده شده است. مطابق مطالعات گوناگون لغزش ممکن است فقط در تونلهایی با خاکهاي نرم یا حالتهاي با بارگذاري زلزله شدید باشد. براي بیشتر تونلهاي سنگی از شرط بدون لغزش استفاده میشود. از آنجا که فرض لغزش کامل تحت برش ساده باعث برآورد ناقص نیروي محوري ماکزیمم میشود توصیه شده است که از فرض بدون لغزش در ارزیابی پاسخ نیروي محوري لاینینگ استفاده شود. - M.A - Hashash, 2005
