بخشی از مقاله
خلاصه
با توجه به کارایی بالای تونلها در حمل و نقل، انتقال آب و ...، همچنین افزایش چشمگیر استفاده از آن در سالهای اخیر بخصوص در مناطق لرزهخیز از جمله ایران، بررسی و مطالعه رفتار اینگونه سازهها در برابر تحریکات دینامیکی ناشی از حرکت شدید زمین مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک قرار گرفته است.
در این مقاله رفتار یک تونل با استفاده از نرمافزار المان محدود Plaxis به صورت شبهاستاتیکی بررسی شده و تاثیر مقادیر ضرایب شبهاستاتیکی افقی و قائم - - kh,kv در 25 حالت بر جابجاییها، نیروها و تنشهای قائم و افقی ایجاد شده در تاج، کف و کناره تونل تحلیل میشود. نتایج نشان میدهد که بطور کلی تاثیر شتاب افقی - - kh روی نیروهای محوری و برشی و همچنین تنشهای نرمال و برشی بخصوص در دو نقطه کف و تاج تونل بیشتر است.
1. مقدمه
تونل ها از جمله مهمترین سازه های مدفون از لحاظ کارایی در شاخه های مهندسی عمران محسوب میشوند. به این دلیل تحلیل اثرات ناشی از زلزله روی این سازه ها بخصوص در مناطق لرزه خیز از جمله ایران، مورد توجه مهندسین ژئوتکنیک قرار گرفته است. رفتار سازههای زیرزمینی در برابر نیروهای ناشی از زلزله، با رفتار سازههای مشابه سطحی کاملاً متفاوت بوده و تاثیرپذیری آنها کمتر است. اما با توجه به اهمیت حیاتی این سازهها ضروریست تا مقومت آنها در برابر بار ناشی از زلزله نیز به خوبی برآورد گردد
برای تحلیل شبهاستاتیکی میتوان نیروی آزاد شده توسط زلزله را به صورت ضریبی از بار ثابت در نظر گرفت، اما بر طبق نظر ASCE در مورد تونلهای با عمق کم همانند تونلهای مترو و نیز برای فضاهای حفاری شده با قطر کمتر از 15 برابر طول موج زلزله، روش برآورد جابهجاییها و تغییر شکلها بهترین و مناسبترین روش تحلیل شبه استاتیکی خواهد بود.
تحلیل شبه استاتیکی، تحلیلی نسبتا ساده و درعین حال مقدمه لازم جهت تحلیل کامل زلزله روی سازه ها بوده و در واقع تشابه آن با تحلیل های استاتیکی تعادل حدی، موجب ساده سازی محاسبات و تخمین مهندسی میگردد. در این مقاله نیز، رفتار یک تونل با استفاده از نرم افزار المان محدود PLAXIS بصورت شبه استاتیکی بررسی شده است.
PLAXIS یک نرم افزار المان محدود دو بعدی با هدف انجام آنالیز پایداری و تغییر شکل در کاربردهای مختلف ژئوتکنیکی است که تسهیلات ویژه ای برای ایجاد تونل های دایروی و غیردایروی و شبیه سازی فرآیند ساخت تونل دارد.
2. مشخصات مدل
تونل از نوع حفاری با مقطع دایروی به قطر 7/3 متر و فاصله تاج تونل تا سطح زمین7 متر در نظر گرفته شده است. مشخصات مصالح خاک و تونل در جداول 1 و2 مشخص است.
جدول -1 مشخصات مصالح خاک
جدول - 2 مشخصات مصالح تونل
3. شرح انجام تحلیل
تونل بصورت کرنش صفحه ای با المانهای 15 گرهی مدل گردید و رفتار مدل پلاستیک، سطح شکست توسط معیار موهر-کلمب و تونل بصورت دایره ای تحلیل گردید. همچنین فاصله مرزهای کناری و پایین از مرکز تونل به ترتیب 20 و 30 متر درنظر گرفته شد. آنالیز شامل دو فاز محاسباتی، فاز اول ساخت تونل و اجرای آن در عمق خاک و دومین فاز شامل مرحله اعمال زلزله میشود. تحلیل شبه استاتیکی از طریق اعمال 25 حالت یا جفت شتاب در جهات قائم و افقی صورت پذیرفت و خروجی نرم افزار برای نیروهای محوری و برشی، تنش های نرمال و برشی و همچنین جابجایی قائم و افق در سه نقطه تاج، کناره و کف تونل بدست آمد.
از آنجایی که عمق تونل در 7 متری سطح زمین واقع شده بنابراین بر اساس جدول ارائه شده توسط آقای - 1993 - Wang، ضریب تاثیر شتاب زلزله در عمق تونل نسبت به سطح زمین 1 در نظر گرفته شد.
جدول - 3 شتابهای استاتیکی
شکل -1 المانها و نقاط تنش
4. مقایسه نیروهای محوری و برشی
شکل -2 مقایسه بین نیروهای محوری در سه نقطه تونل
شکل - 3 مقایسه بین نیروهای برشی در سه نقطه تونل
