بخشی از مقاله
چکیده
پیشبینی تغییر شکلها و تنشها در اطراف حفاريهاي زیرزمینی یکی از موضوعات مورد مطالعه براي مهندسانی است که حفاري هاي سنگی را انجام میدهند. در عمل اکتشاف تمام سیستمهاي درزه و بررسی همه خصوصیات مکانیکی آنها و اجراي آنها به طور دقیق در مدلهاي تئوري اغلب غیر ممکن است. بنابراین در سالهاي اخیر رویکردهاي مدلسازي به صورت محیط پیوسته معادل که در آنها برآیندي از خصوصیات سنگ بکر و درزهها به توده سنگ نسبت داده میشود، بسیار مورد توجه قرار گرفته است.
در این مقاله معادلسازي محیط ناپیوسته اطراف تونل به روش عددي با دو نرم افزار محیط پیوسته و ناپیوسته انجام شده است. ابتدا تمام پارامترهاي سنگ بکر و درزهها به صورت محیطی ناپیوسته وارد نرم افزار شده است و از روي آنها شعاع منطقهي پلاستیک، نیروهاي محوري و برشی و گشتاور خمشی پوشش پس از حفاري اندازه گیري شده است. سپس در یک نرم افزار محیط پیوسته پارامترهاي محیط معادل - در اینجا مقاومت چسبندگی و زاویه اصطکاك - آنقدر تغییر داده شده اند که شعاع منطقهي پلاستیک در محیط پیوسته با ناپیوسته برابر شود. بهترین Cو φ معادل براي هر مدل از روي گشتاور خمشی، نیروهاي محوري و برشی پوشش تعیین شد. بر این اساس خصوصیات محیط معادل بر پایه خصوصیات سنگ بکر، سیستم، فاصله بندي و خصوصیات مقاومتی درزه ها بدست آمده است
1 مقدمه
مدلسازي عددي یک روش رایج براي پیشبینی تنشهاي اطراف تونل، پاسخ توده سنگ به حفاري و تحلیل آنها است. اما شبیه سازي عددي حفره هاي زیرزمینی در محیط هاي ناپیوسته مشکل و پیچیده است. از این رو استفاده از محیطهاي معادل در شبیه سازي عددي متداول شده است. تودههاي سنگی حاوي ناپیوستگی-هاي متعدد به شکل ترك، درزه، گسل، صفحات لایهبندي و ... است. مدلهاي پیوستهي معادل براي تخمین پایداري تونلهاي سنگی از آغاز دههي 1970 پیشنهاد و مورد استفاده قرار گرفت. به طور کلی مدلهاي عددي براي تحلیل تونلهاي قرار گرفته در تودههاي ناپیوسته سنگی به سه گروه مدلهاي مجزا1، مدلهاي معادل2 ومدلهاي ترکیبی3 تقسیم میشوند .
در سالهاي اخیر، روشهاي تحلیلی کامپیوتري مختلفی ارائه شده است که براساس روشهاي عددي بنا شده و به کمک آنها میتوان وضعیت تنش و جابجاییها را در حالتهاي مختلف مشخص کرد. در اینجا خصوصیات و پارامترهاي مقاومتی توده سنگ از روي خصوصیات سنگ بکر و ناپیوستگیها به کمک مدلهاي عددي در نرمافزارهاي محیط پیوسته و ناپیوسته تخمین زده شده است.
در رویکرد پیوستهي معادل1 توده سنگ به عنوان یک محیط پیوسته با خصوصیات مقاومتی و تغییر شکل پذیري برابر که توسط یک رابطه ترکیبی الاستیک یا الاستوپلاستیک تعیین میشوند، در نظر گرفته میشود. اما در رویکرد ناپیوسته2 تودهسنگ به عنوان محیطی ناپیوسته در نظر گرفته میشود و در مرحلهي طراحی توجهها اغلب به خصوصیات المانهاي سنگ، درزهها و ناپیوستگیها معطوف میشود
غیر از مدلسازي عددي محیط معادل، یک سري روابط تجربی براي تخمین مقاومت توده سنگ وجود دارد که از روي مجموعههاي بزرگی از دادههاي آزمایشگاهی بدست آمده اند. در مدلسازي المان محدود خصوصیات سنگ درزهدار، بوسیلهي این روابط تجربی که خصوصیات محیط درزهدار را به عنوان تابعی از فاکتور درزه3 و خصوصیات سنگ بکر بیان میکند، برآورد میشود
استفاده از روشهاي تجربی محدودیتهاي زیادي در طراحی فضاهاي زیرزمینی داشته و فقط میتوان در مراحل اولیهي طراحی از آنها استفاده شود. کاربرد روشهاي تجربی منحصر به شرایطی است که هندسه و شرایط مرزي حاکم بر مسأله ساده باشد. از طرف دیگر روشهاي تحلیل عددي، روشهاي طراحی پیشرفتهاي میباشند که در چند دههي اخیر به جامعه مندسین معرفی شده و مورد استفاده قرار گرفته اند - دلارام و همکاران، . - 1385 در این مقاله براي تخمین مقاومت چسبندگی و زاویهي اصطکاك معادل تودهي سنگ اطراف تونل، از نرمافزار UDEC 4.0 براي مدلسازي محیط ناپیوسته و از نرمافزار PLAXIS 8.2 براي مدلسازي محیط معادل پیوسته استفاده شده است.
نرم افزار UDEC یک برنامه عددي دو بعدي بر پایه روش المان مجزا براي مدل سازي محیط ناپیوسته است. در این نرم افزار محیط ناپیوسته به عنوان مجموعه اي از بلوكهاي مجزا نمایش داده میشود و با ناپیوستگیها به عنوان شرایط مرزي رفتار میشود . - UDEC User Manual, 2000 - نرم افزار PLAXIS یک برنامه ژئوتکنیکی المان محدود براي تحلیلهاي دو بعدي تغییر شکل و تحلیل پایداري است که غالباً در محیطهاي پیوسته موجود در خاك و سنگ مورد استفاده قرار میگیرد
2. نحوه مدلسازي
این مطالعه براي بدست آوردن پارامترهاي معادل توده سنگ به روش عددي در اطراف تونل واقع در محیطی درزهدار انجام شده است. براي این منظور هم محیط ناپیوسته - محیطی که داراي درزه، لایهبندي، گسل و ... باشد - و هم محیط پیوسته - محیطی که فاقد هرگونه ناپیوستگی بوده و فقط شامل ماده سنگ یا خاك باشد - مدلسازي شد.
ابتدا مدلسازيها در نرم افزار UDEC انجام شد. مدلهاي تک دسته درزه به ابعاد 60 متر در 60 متر بوده که تونلی به قطر 10 متر در مرکز آن قرار دارد
