بخشی از مقاله
چکیده
کاربردهاي فراوان و متنوع فضاهاي زیرزمینی در جهان، اهمیت توجه به این سازهها را نشان میدهد. مهمترین نکته در مورد احداث فضاهاي زیرزمینی، بررسی پایداري این فضاها است که خود به شاخههاي متفاوتی تقسیم میشود. یکی از انواع مباحث پایداري، بررسی پایداري تونل در برابر ریزشهاي بلوکی است که بیشتر در مورد تونلهاي احداث شده در محیطهاي سنگی، مطرح است. تحقیق مورد بررسی، تونل انحراف آب سد قردانلو در توده سنگهاي درزهدار سازند تیرگان، میباشد. براي این منظور، ابتدا ناپیوستگیهاي ساختگاه تونل، به روش خط برداشت - Scanline - ، درزهنگاري شد، سپس با استفاده از روش تعادل حدي و نرم افزار UNWEDGE، پایداري بلوكهاي اطراف تونل، بررسی شد ودر ادامه از روش عددي و نرم افزار UDEC در تحلیل پایداري تونل، استفاده شد. نتایج دو روش، نواحی ناپایدار تونل را یکسان تشخیص دادند. این نتیجه، نشان داد که عوامل ساختاري منطقه، مؤثرترین عامل ناپایداري در تونل مورد نظراند.
کلمات کلیدي: تونل انحراف آب، سازند تیرگان، خط برداشت، نرمافزار UNWEDGE، نرمافزار UDEC، تحلیل پایداري.
1 مقدمه
هنگامی که یک فضاي زیرزمینی در توده سنگهاي درزهدار حفر میشود، احتمال ریزش بلوكها و ایجاد ناپایداري در آن وجود دارد. بنابرین ارزیابی پایداري اینگونه حفریات، حائز اهمیت است. سالهاي اخیر، روش اجزاي مجزا - Distinct Element Method - مناسبترین روش عددي است که با توجه به ماهیت ناپیوسته بودن محیطهاي سنگی براي ارزیابی پایداري و بررسی تغییر شکل و شکست تودههاي سنگی بکار میرود. موارد کاربرد این روش در مکانیک سنگ متعدد بوده و تمامیسازههاي سنگی از جمله حفریات زیرزمینی، شیروانیها و پیهاي سنگی را در بر میگیرد.
فرمول سازي و توسعه روش اجزاي مجزا توسط Cundall - 1973 - ، آغاز شد - ITASCA, . - 2000 در روش تعادل حدي، پتانسیل ناپایداريهاي ساختاري موجود در اثر حفر تونل به وسیله نرمافزار UNWEDGE مشخص میشود. تونل انحراف آب سد قردانلو در فاصله 36 کیلومتري شمال غرب شهرستان بجنورد در توده سنگهاي درزهدار سازند تیرگان میباشدتونل مزبور داراي طول 248 متر و روبارهاي حدود 70 متر بوده و مقطع آن با توجه به نیاز طرح به شکل D، با عرض و ارتفاع 6 متر و شعاع قوس طاق 3 متر طراحی شده است - گزارشات نهایی، . - 1387در این تحقیق، ابتدا برداشت مشخصههاي خصوصیات درزههاي ساختگاه تونل به روش خطبرداشت انجام میشود و با توجه به مطالعات آزمایشگاهی، توده سنگ اطراف تونل، به روش عددي مدل میشود. با روش تعادل حدي، بلوكهاي ناپایدار اطراف تونل مشخص می گردد. بدین صورت نواحی ناپایدار تونل مشخص خواهد شد.
2 زمینشناسی مهندسی ساختگاه تونل
تمامی طول مسیر تونل در سازند تیرگان حفر خواهد شد. سازند تیرگان از آهک و آهکهاي االیتی ضخیم لایه، تشکیل شده است. مشخصه هندسی 405 درزه در رخنمون سطحی ساختگاه تونل، به روش خط برداشت، برداشت شد که نتایج آن در جدول 1 آمده است.
جدول-1 مقادیر متوسط پارامترهاي مربوط به هر یک از دسته درزهها
3 تحلیل پایداري با استفاده از روش عددي
براي تحلیل پایداري تونل، از روش عددي اجزاي محدود، براي حل مسائل مکانیک سنگ در توده سنگهاي درزه دار ابداع شده، استفاده میشود. در این روش، توده سنگ، به عنوان مجموعه اي از بلوکهاي مجزا فرض شده که در لبه ها و گوشه ها برهم تاثیرگذار بوده و درزه ها به عنوان مرز مشترك بلوك ها در نظر گرفته میشود - Hoek . - et al ., 1995 وقتی محیط تحت بارگذاري داخلی و یا خارجی قرار میگیرد، باعث ایجاد جابجایی در بلوکها شده و با گذشت زمان تغییرات نیرو در سطوح همجوار شروع می شود.
معادلات تعادل دینامیکی براي هر المان بصورت تکراري حل شده تا اینکه قوانین حاکم بر سطح و شرایط مرزي مساله برآورد شود . - ITASCA, 2000 - با توجه به مطالب فوق، براي تحلیل عددي از نرم افزار UDEC، که یک برنامه عددي دو بعدي بر مبناي روش عددي اجزاي مجزا میباشد، استفاده شده است. مدل لغزش سطحی کولمب و معیار شکست موهر- کولمب، به ترتیب براي شکست بحرانی درزهها و بلوكها انتخاب شد. خواص بلوكها و درزهها از تستهاي آزمایشگاهی و برداشت صحرایی مشخص شدند که نتایج حاصل از این تحقیقات آزمایشگاهی، با توجه به موقعیت پروژه سدسازي، از ارائه آن خودداري میشود. در تعیین تنشها در منطقه، بعلت انجام ندادن آزمایش شکست هیدرولیک، از آنالیز حساسیت مدل، در رابطه با نسبت تنش هاي افقی به قائم - k - مختلف استفاده و بدترین حالت ممکن - - k= 2، در نظر گرفته شد - جدول . - - 2 -
پس 35000 پله در حل مدل، نتایج تحلیل پایداري بلوكها بر اساس بردار سرعت - شکل - 2 و بردار جابجایی - شکل - 3 بلوكها، نشان داد که سقف و دیواره سمت راست تونل ناپایدار است.
جدول -2 نتایج مدلهاي ساخته شده با مقادیر مختلف k
