فهرست مطالب

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال چهارم شماره 1 (تابستان 1394)

  • تاریخ انتشار: 1394/10/20
  • تعداد عناوین: 6
|
  • سعید امیری، وحید محمدی قلعه عزیز، رضا صباغ کرمانی، احمد فهیمی فر صفحات 1-12
    در تونل های حفر شده در زیر سطح آب زیر زمینی، وضعیت تونل با شرایط مشابه اما در حالت خشک متفاوت بوده و فشار آب حفره ای و وضعیت تراوش به داخل تونل مطرح است که سبب تغییر شرایط جابجایی ها و تنش های وارده خواهد شد، لذا در این مقاله سعی شده تا با در نظرگیری وضعیت قرارگیری تونل در زیر سطح آب زیرزمینی در شرایط زهکشی شده و رخداد وضعیت الاستو پلاستیک و با بهره گیری از معیار شکست موهر-کلومب روابطی در حالت کلی و به دور از روش های نیمه نرم افزاری و یا سعی و خطایی جهت رسم منحنی مشخصه زمین ارایه و به محاسبه ی دقیق محدوده پلاستیک در اطراف تونل حفر شده پرداخته شود و با رسم منحنی مشخصه زمین به ازای تغییر در پارامترهای دخیل در روابط تحلیلی ارایه شده، به بررسی و حساسیت سنجی تاثیر این تغییرات بر روی منحنی و رفتار آن در شرایط ذکر شده پرداخته شود.
    کلیدواژگان: منحنی مشخصه، تونل های زیر سطح آب، زهکشی شده، منطقه پلاستیک، فشار آب حفره ای
  • محمدرضا مومن زاده، محمدرضا منصوری، آرمین عظیمی نژاد، پنام زرفام صفحات 13-32
    تونل ها یکی از سازه های مهم عمرانی هستند که به عنوان یک شریان حیاتی مطرح می باشند. برخلاف تصور عمومی که اثر زلزله بر تونل ها و سازه های زیرزمینی را ناچیز می دانستند، موارد فراوانی در مطالعات محققین در سال های اخیر وجود دارد که اهمیت اثرات تخریبی زلزله را بر این نوع سازه ها نشان می دهد. به منظور بررسی دقیق تر خسارت وارده بر پوشش تونل لازم است رفتار غیرخطی مناسب در نظر گرفته شود، که این مورد کمتر در تحقیقات پژوهشگران دیده شده است. در این مقاله با بهره گیری از نرم افزار المان محدود ABAQUS6-11-1، در نظر گرفتن مدل غیرخطی دراگرپراگر اصلاح شده برای خاک و مدل غیرخطی آسیب پلاستیسیته بتن برای پوشش تونل، اثر پارامترهای هندسه پوشش تونل، ارتفاع روباره و نوع خاک پیرامون تونل در تعیین ماکزیمم نیروی محوری، لنگرخمشی، نیروی برشی و تغییر مکان افقی نقطه تاج پوشش تونل تحت دو رکورد زلزله حوزه نزدیک گسل با درنظر گرفتن مولفه قایم آن ها بررسی شده است. با بررسی های انجام گرفته مشخص شد که در نظر گرفتن مولفه قایم زلزله بیشترین اثر را در تشدید پاسخ ماکزیمم نیروی محوری دارد. همچنین با بررسی های انجام شده در این مقاله هر چه ارتفاع روباره خاک پیرامون تونل بیشتر، ابعاد هندسی پوشش بزرگ تر و خاک پیرامون تونل سخت تر باشد؛ مقادیر ماکزیمم نیروی محوری، لنگرخمشی و نیروی برشی افزایش و مقدار ماکزیمم تغییر شکل افقی نقطه تاج تونل کاهش می یابد. همچنین مقایسه ای بین توزیع و مقدار خسارت ایجاد شده در پوشش تونل ها در حالات مذکور انجام شده است، که بحرانی ترین سناریوی آسیب، مربوط به تونلی با هندسه کوچک تر، خاک پیرامون نرم تر و ارتفاع روباره کمتر است.
    کلیدواژگان: حوزه نزدیک گسل، هندسه تونل، ارتفاع روباره خاک، پاسخ لرزه ای، مولفه قائم زلزله، نوع خاک، خسارت پوشش تونل
  • سعید حجازی راد، نوید گنجیان، محمدرضا منصوری صفحات 33-52
    امروزه با توجه به گسترش روز افزون محیط های شهری، افزایش تراکم سازه های سطحی و کمبود فضای لازم برای حمل و نقل درون شهری، نیاز به اجرای سازه های زیر زمینی نظیر تونل و ایستگاه های زیرزمینی مترو در محیط های شهری بیش از گذشته احساس می شود. یکی از عوامل حائز اهمیت در اجرای ایستگاه های عمیق مترو در محیط های شهری انتخاب روش مناسب حفاری است که تاثیر به سزایی در پایداری فضای اطراف تونل در حین حفاری، نشست های سطحی ناشی از حفاری و همچنین پایداری دراز مدت محیط حفاری شده (ایستگاه مترو) دارد. در این تحقیق با توجه به خصوصیات ژئوتکنیکی زمین و هندسه ایستگاه مورد بررسی، سه روش رایج در حفاری تونل های بزرگ مقطع، شامل روش های پیش نگهدارنده طاق بتنی، گالری های کناری و آلمانی جهت اجرای ایستگاه های زیر زمینی از نظر پایداری فضا، تغییر مکان های محیطی تونل و نشست ناشی از فرآیند حفاری مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفته است. مدلسازی عددی روش های مختلف اجرای این فضا با استفاده از روش اجزای محدود و نرم افزار سه بعدی Plaxis 3D Tunnel انجام شده است. با توجه به نتایج، حداکثر نشست سطح زمین در روش گالری های کناری بوده و حداقل آن مربوط به روش پیش نگهدارنده طاق بتنی می باشد. همچنین نشست سطح زمین در پایان اجرای طبقه اول ایستگاه در دو روش پیش نگهدارنده طاق بتنی و آلمانی مقادیر بسیار نزدیک به هم داشته و امکان استفاده از هر دو روش را در ایستگاه های یک طبقه نشان می دهد.
    کلیدواژگان: ایستگاه مترو، روش حفاری، روش پیش نگهدارنده طاق بتنی، روش گالری های کناری، روش آلمانی، نشست سطح زمین
  • مهدی نوروزی، سید محمد اسماعیل جلالی، رضا کاکایی صفحات 53-68
    امروزه مدل سازی توده سنگ به طور فراگیری به منظور تعیین ویژگی های مقاومتی و رفتار هیدرولیکی توده سنگ بکار برده می شود. از طرفی عدم قطعیت و تغییرپذیری در مطالعات زمین شناسی مهندسی در ارتباط با توده سنگ های متشکل از مواد طبیعی و ناهمگن اجتناب ناپذیر است. زمانی که متغیرهای در فرآیند، عدم قطعیت و تغییرپذیری را نشان می دهند، لازم است ماهیت ویژگی های تصادفی تعریف شود. در این مقاله، با توجه به اهمیت بالای ویژگی پایایی درزه بر رفتار مقاومتی و هیدرولیکی توده سنگ، به توسعه مدل هندسی تصادفی سه بعدی شبکه درزه با در نظر گرفتن ویژگی آماری اندازه درزه بر اساس مدل ونزیانو پرداخته شده است. با استفاده از برداشت های انجام شده در تونل دسترسی به گالری سد و نیروگاه رودبار لرستان و برآورد بهترین توابع توزیع احتمالی بر ویژگی های هندسی دسته درزه های موجود در این منطقه، مدل هندسی سه بعدی شبکه درزه ها تهیه شده است. به منظور اجرای مدل، برنامه کامپیوتری ای به زبان برنامه نویسی ++C، به نام DFN-FRAC3D، نوشته شده که قادر است با استفاده از داده های برداشت شده، علاوه بر تولید خروجی رقومی، نمایش بصری از شبکه ناپیوستگی ها در راستاهای مختلف ارایه دهد. نتایج حاصل از این مقاله می تواند ورودی های مفید برای مدل های عددی جهت تحلیل پایداری و مطالعه رفتار هیدرولیکی توده سنگ باشد.
    کلیدواژگان: مدل هندسی، مدل سازی تصادفی، شبکه درزه، برداشت درزه، مطالعات آماری، سد رودبار لرستان
  • امین عبدلی فاضل، مهرداد امامی، حسن افشین صفحات 69-84
    پیش بینی نشست های ناشی از حفر تونل در زمین های نرم از اهمیت بسزایی برخوردار است تا بتوان در صورت لزوم، اقدامات پیشگیرانه لازم را به منظور جلوگیری از آسیب دیدن سازه های سطحی موجود انجام داد. با توجه به رفتار پیچیده خاک، به خصوص خاک های دانه ای، روش های تجربی در پیش بینی این نشست ها از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند. بدین منظور در این مقاله، ضمن معرفی مدل فیزیکی ساخته شده در دانشکده مهندسی عمران دانشگاه صنعتی سهند تبریز از نتایج به دست آمده از این مدل سازی فیزیکی استفاده شده و جابجایی های نمونه ماسه در دو تراکم نسبی متفاوت با استفاده از روش پردازش تصویر اندازه گیری شده و منحنی های نشست سطحی و زیر سطحی با رابطه تجربی مقایسه شده است.
    کلیدواژگان: نشست، تونل سازی مکانیزه، مدل سازی فیزیکی، ماسه، تراکم نسبی، پردازش تصاویر
  • مسعود حاجی علیلوی بناب، حمیدرضا توحیدوند، بابک بالازاده صفحات 85-97
    در این مقاله به بررسی اثر وجود سازه های مجاور شامل ساختمان های شهری و یا تونل بر ارتعاشات ایجاد شده ناشی از ترافیک زیرزمینی پرداخته شده است. بدین منظور، از مدل های دو بعدی در حالت الاستودینامیک استفاده شده است. روش ترکیبی المان محدود و المان محدود مرزی مقیاس شده، برای مدل سازی بکار گرفته شده است. کاربرد روش مرز مقیاس شده در مدل سازی مساله ترافیک زیرزمینی در گذشته چندان رایج نبوده است. در این مقاله با استفاده از روش نوین مرز مقیاس شده، برای نخستین بار اندرکنش تونل-خاک-سازه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که ساختمان های مجاور تونل ها می توانند نحوه ی ارتعاش تونل را تحت تاثیر قرار دهند و باعث ایجاد ارتعاشات بیشتر در تونل ها شوند. همچنین برای حالت وجود دو تونل مجاور، وضعیت بحرانی یعنی عبور همزمان دو قطار مورد ارزیابی قرار گرفت و نشان داده شد که اگر چه وجود تونل مجاور سختی جانبی تونل موجود را افزایش می دهد اما عبور همزمان دو قطار باعث تشدید قابل ملاحظه ی ارتعاشات خواهد شد.
    کلیدواژگان: مرز مقیاس شده، اندرکنش، ارتعاش ناشی از عبور قطار، تونل، میرایی تابشی
|
  • Saeed Amiri, Vahid Mohamadi Ghale Aziz, Reaza Sabbagh Kermani, Ahmad Fahimifar Pages 1-12
    In this paper, an analytical solution for ground reaction curve is presented, under drained conditions considering pore pressure effect. A theoretical solution for seepage forces due to groundwater flow under steady-state flow is derived. Afterward, an elasto-plastic model based on a linear Mohr–Coulomb yield criterion is adopted and the ground reaction curve is evaluated based on plastic potential function for the non-associated flow rule. A simplified relation in elasto-plastic conditions is proposed for calculating the radius of plastic zone and a sensitivity analysis on the parameters affecting the ground reaction curve is also made.
    Introduction
    The ground reaction curve is in fact the relationship between the support pressure and the radial displacement of tunnel wall, which is used for an optimum design of the support system of the tunnels under ground water table influenced by seepage forces. A simplified and pervasive analytical solution to calculate stresses and displacements on the tunnel wall has not yet been suggested. In this paper, the approximation of calculating plastic radius is eliminated and a method to obtain its precise value, by a direct relation and a theoretical solution for the ground reaction curve, is proposed. Methodology and Approaches: In this paper, it is assumed that the seepage forces due to groundwater table are based on steady-state flow, the tunnel is circular, a plastic zone appears around the tunnel considering the Mohr-Coulomb failure criterion, and a drained condition is governed. Common stress-strain and pressure equations, and differential equations are used. The radial displacement for a circular tunnel can be calculated by means of the elasto-plastic theory. The plastic strains can be represented using the plastic flow rule. The strain in the plastic zone is the sum of elastic and plastic strains. Simplified relations, which the ground reaction curve would be expressed by these relations, are obtained. Results and
    Conclusions
    Sensitivity analysis shows that by increasing the water height above tunnel crown, the ground reaction curve becomes more critical and the necessity of adequate tunnel wall will further be required. Moreover, by increasing the water height above tunnel crown, the influence of seepage increases as the effect of drainage is major in lower depths.
    Keywords: ground reaction curve, tunnel below groundwater table, drained condition, plastic zone, pore pressure
  • Mohammad Reza Momenzadeh, Mohammad Reza Mansoori, Armin Aziminejad, Panam Zarfam Pages 13-32
  • Saied Hejazi, Navid Ganjian, M. R. Mansouri Pages 33-52
    Nowadays, the necessity of implementing the underground structures in the urban areas has been increased due to the continuous increase of the spaces needed for intra-urban transports. The road and metro tunnels are among the underground spaces mostly considered in the cities. As the cities are mainly located on the soft and alluvium grounds, some difficulties associated with implementing underground spaces in these grounds may be arised. The most important difficulties in this regard are the settlement of the ground surface during construction and its effect on the surrounding structures.
    Introduction
    The construction of large section underground spaces such as metro lines stations is essentially important. One of the factors in this regard that should be considered in the urban areas is to select the method of excavating the spaces. This fact has significant effect on the stability of surrounding tunnel spaces during excavation, surface settlement due to the excavation and long term stability of excavated space (e.g. metro station). Methodology and Approaches: In this research, three methods including pre-supporting concrete arc, side galleries and German method have been studied and evaluated for implementing the underground stations concerning the stability of space, surface displacement of the tunnel and the settlements due to the excavation. In the other words, this research mainly focuses on the effect of using different excavation methods (with or without supporting structure) on the superficial displacements of the tunnel, settlement of ground surface and other parameters. Then, the proper method is suggested for excavating the considered station. The numerical modeling of different methods for implementing the space has been conducted using finite element method and Plaxis 3D software. Results and
    Conclusions
    The results obtained in this research indicate that the maximum settlement of the ground surface is seen in the side galleries and its minimum in the pre-supporting arc methods. Moreover, at the end of implementation of the first floor of the station, the settlements of ground surface have been very similar in the concrete arc and German methods. It means that these two methods can be used in the one- floor stations.
    Keywords: Underground Metro Station, Surface Ground Settlement, Pre, Supporting Concrete Arc Method, Side Galleries Method, German Method
  • Mehdi Noroozi, Seyed Esmaeil Jalali, Reza Kakaei Pages 53-68
    In this paper, Given the high importance of joint persistence characteristics on the mechanical behavior of the rock mass, geometric-stochastic joint network model, based on Veneziano method, has been developed by considering the statistical characteristics of joint size. Using surveyed data in the access tunnel of Rudbar Lorestan dam & hydropower plant and estimation of the best probability distribution function on geometric characteristics of existing joint sets in the study area, three-dimensional (3-D) geometric model of joint network has been presented.
    Introduction
    Nowadays, modeling is increasingly put forward as a method of determination of rock mass strength characteristics. An accurate description of the rock mass structure does provide a better starting point for modeling of rock mass. Besides, there will always be some random variation in the geometric properties of joints by virtue of rock mass heterogeneous nature. Therefore, it is necessary to describe the ordered properties stochastically and to use in rock mass modeling. 3-D stochastic joint network modeling technique represents the most optimal choice for simulating the probability nature of joint geometric properties. Methodology and Approaches: Using field measurements and statistical analysis, stochastic parameters of discontinuities are detemined. In this paper, collected data is obtained using a linear surveying. Data processing including matching different probability distribution function on geometric properties of surveyed joint sets has been performed using Dips and EasyFit software packages. In order to calculate volumetric joint density, joints, which have been visible to the naked eye in the field, have been counted within an area of 1 m2 using a square frame (1×1 m) with grid lines at 10 cm intervals. Using the areal joint density and existing equations, the volumetric joint density has been calculated for each joint set, separately. Thus, to prepare the geometric-stochastic model, the required inputs,mentioned above, have been used. The generated joints by the developed model, are coincided on the ordered probability distribution function of joint persistence. Results and
    Conclusions
    In this paper, a 3-D geometrical- stochastic discontinuities network model for the access tunnel of Rudbar Lorestan dam has been presented. In order to model implementation, a computer code written in C++, named DFN-FRAC3D, has been developed to represent the joint network in different directions and to generate digital outputs. The results of this paper can be a useful input for numerical stability analysis and hydraulic behavior studies of rock mass.
    Keywords: Geometrical Model, Stochastic Modeling, Joint Network, Joint Mapping, Statistical Studies, Rudbar Lorestan Dam
  • Amin Abdoli Fazel, Mehrdad Emami Tabrizi, Hasan Afshin Pages 69-84
    Prediction of tunneling induced settlement in soft grounds is of particular importance for estimating potential risks to pre-existing structures. Considering soil complex behavior, particularly granular materials, empirical methods are of special significance. In this regard, a study using physical modeling has been conducted in Soil and Rock Laboratory of Department of Civil Engineering at Sahand University of Technology. The observed surface and sub-surface settlements have been recorded and compared with the results of the most common empirical method used for this purpose.
    Introduction
    Tunnel excavation causes relaxation of in-situ stress, and we expect some deformation at tunnel depth that in soft grounds may reach to ground surface. Prediction of these settlements is of particular importance for estimating potential risks to pre-existing structures. In practice, the prediction of ground displacements is based mainly on empirical relationships. The most common empirical method is Peck’s method. In this method for prediction of settlement, it is generally supposed that ground loss at tunnel depth is thoroughly transferred to surface. This assumption may be correct in clay, however, for drained condition such as one in sands, soil volume does not remain constant and shear deformation causes dilatation or contraction of soil leading to ground loss at surface, which is not exactly the same as that at the tunnel depth. Therefore, settlement in sand needs more consideration. In this paper, we present a physical model to monitor soil displacement due to mechanized tunneling. The obtained results from tests on sandy soil are then interpreted. Methodology and Approaches: Ground loss at tunnel depth has been used to model tunneling effect on surrounding soil. Front wall of the physical model is transparent and soil layers movements have been measured by image processing technique. Sand sample movement during tests has been recorded by digital camera. Then, frames have been extracted and processed by means of particle image velocimetry (PIV) and observed surface and sub-surface settlement curves have been compared with the Peck curve. Since sand behavior varies in respect to its relative density, two different states have been considered. Results and
    Conclusions
    The obtained results show that surface and subsurface settlement curves in the dry sand sample follow Gaussian curve with acceptable accuracy. During excavation in drained sand, ground loss at depth may not be the same as that at the surface, and therefore, the use of ground loss at tunnel depth may lead to incorrect prediction of surface settlement. Moreover, the results indicate that the magnitudes of ground movements in looser sand increase and, the shape of the settlement trough becomes narrower.
    Keywords: Settlement, Mechanized Tunneling, Sand, Physical Modeling, Image Processing
  • Masoud Hajialilue Bonab, Hamidreza Tohidvand, Babak Balazadeh Pages 85-97
    In this paper, train induced tunnel-structure interaction problem is analyzed using the coupled scaled boundary finite element (SBFE)-finite element (FE) method. Scaled boundary method is a relatively novel approach, which enables us to model bounded and unbounded domains accurately. Effects of adjacent buildings and effects of double tunnel on the train-induced vibrations are evaluated using this method.
    Introduction
    Construction and development of underground transportation lines like metro tunnels in urban areas is a suitable choice to reduce volume of the traffics especially in large cities. Train induced vibrations in these tunnels can affect adjacent structures. Train induced vibrations can make some damages to the adjacent structures and these structures can also affect vibrations of the tunnels. To analyze train induced vibration problems numerically, a special numerical method should be used to model unbounded soil media. The numerical methods, used for this purpose, are grouped in two classes of global and local. Local methods cannot model radiation-damping effect of unbounded soil media completely and accurately. SBFE method is a global approach with semi analytical formulation, which can model unbounded media precisely. In this paper, this novel approach is used to analyze tunnel-structure interaction problem. Methodology and Approaches: In this paper, the coupled SBFE-FE method is used to model train-induced vibrations in tunnels. The semi analytical SBFE method is used to model unbounded soil media where conventional finite element method is used to model near field soil media and contained structures. A MATLAB code, based on the coupled SBFE-FE method, has been developed in this research work. The written code is verified by comparing its results with the results of the finite element-boundary element method mentioned in the available published papers. As train induced vibrations cannot make large displacements, linear elastic behavior is considered for both soil and structures. Results and
    Conclusions
    It is shown that the buildings in the vicinity of train induced tunnels can make an increment on displacement time history of tunnels and it can reduce radiation-damping effect of the considered soil media. In the case of a double tunnel, it is also shown that adjacent tunnel can increase horizontal dynamic stiffness of the trapped soil between two tunnels. Furthermore, it is demonstrated that simultaneous movement of the second train can magnify vertical displacements of the domain. In the case of the horizontal displacement, it is indicated that displacements of the domain between two tunnels are decreased but displacements of the other areas are magnified.