حامد ملاداودی
-
مجله محیط و معدن، سال چهاردهم شماره 4 (Autumn 2023)، صص 1273 -1293
The structure's response to the region's prevailing loading conditions guides the engineers in estimating the resilience of the structural materials and their reinforcement. One of the main concerns in designing rock structures is paying attention to the size effect phenomenon. The size effect influences the nominal strength, brittleness, load capacity, stress intensity factor, the characteristics of the fracture process zone at the crack tip, and the way and path of crack propagation. Therefore, studying the size effect law will make a guideline for correct decision-making, design, and implementation of efficient support systems. As a comprehensive review, this work investigates specimen size effect on the rock's mechanical and fracture properties. With a comprehensive look at this issue, it explains the essential points that help the engineers design rock structures. During the investigations carried out in this work, it is shown that the specimen size affects the fracture and mechanical properties of the rock. The severity of this phenomenon depends on various factors such as the brittleness index, the shape of the notch or crack length, and the size of the particles that create the rock. In concrete, it depends on the additive boosting materials in the concrete.
Keywords: Size effect, Mechanical Properties, Fracture process zone, Fracture toughness -
پیش بینی نرخ نفوذ TBMها یکی از مهمترین موضوعات برای تخمین هزینه های حفاری و مدت زمان اجرا در پروژه های تونل سازی است، اما این موضوع همچنان برای مهندسین و سرمایه گذاران یک چالش مهم محسوب می شود. نتایج تحقیقات گذشته نشان می دهد که برای پیش بینی نرخ نفوذ، روش های متفاوتی ارایه شده اند که از جمله ی این روش ها می توان به روش های تجربی و تیوری به عنوان روش های کلاسیک و قدیمی تر و شبکه های عصبی، شبکه های فازی و یا شبکه های فازی-عصبی به عنوان روش های هوشمند و جدید اشاره کرد. روش های مدرن در تحلیل روابط پیچیده و غیرخطی، از توانایی بالاتری نسبت به روش های کلاسیک برخوردار هستند؛ لذا استفاده از آن ها سبب رسیدن به نتایج دقیق تری برای پیش بینی نرخ نفوذ خواهد شد. در این پژوهش از یک بانک اطلاعاتی شامل 14 تونل از سراسر جهان بهره گرفته شده است. پارامترهای انتخاب شده برای پیش بینی نرخ نفوذ شامل ترکیبی از پارامترهای مربوط به ماشین و توده سنگ است، از جمله نیروی عمودی وارد بر تیغه (Fn)، تعداد دور در دقیقه (RPM)، قطر تونل (TD)، امتیاز رده بندی توده سنگ (RMR)، شاخص کیفی سنگ ((RQD و مقاومت فشاری تک محوری (UCS). با تحلیل و بررسی نتایج مربوطه مشخص گردید که حذف یا عدم استفاده از پارامترهای مناسب می تواند سبب کاهش چشم گیری در پیش بینی نرخ نفوذ شود. بر این اساس نتایج نشان می دهد که پارامترهای UCS و RQD مهم ترین پارامترهای تاثیرگذار در پیش بینی نرخ نفوذ هستند. این نتایج همچنین نشان می دهد که استفاده از شبکه های فازی-عصبی (13/0=RMSE) در مقایسه با روش های عصبی (38/0=RMSE) از دقت بیشتری برخوردار است.
کلید واژگان: نرخ نفوذ، شبکه عصبی، شبکه فازی-عصبی، ماشین تونل زنی (TBM)، پارامترهای ماشین، پارامترهای توده سنگTBM penetration rate (PR) prediction is one of the most crucial issues for project cost and time estimation, however, its prediction has remained an important challenge for engineers and investors. Results of former investigations show that there are different methods for PR prediction, including theoretical and statistical models as classic methods and neural networks, fuzzy logic systems, and neuro-fuzzy models as intelligent and new methods. Modern methods are more capable of analyzing complex and non-linear relationships in comparison with classic methods. Accordingly, the implementation of modern methods for PR prediction will lead to a more precise outcome. In this paper, the information of 14 tunnels around the world is compiled within a database. Studied parameters in this database are a combination of machine and rock mass specifications, including, normal mean thrust force (Fn), cutterhead revolution per minute (Rpm), tunnel diameter (TD), rock mass rating (RMR), rock quality designation (RQD), and uniaxial compressive strength (UCS). By analyzing and reviewing relevant results, it was determined that omission or failure to use appropriate parameters causes a poor PR prediction. These results also show that UCS and RQD are amongst the most effective parameters. Furthermore, it has been concluded that using neuro-fuzzy networks (RMSE = 0.13 m/h) provides more accurate results than neural networks (RMSE = 0.38 m/h).
Keywords: Penetration Rate, Neural network, Neuro-Fuzzy System, Tunnel Boring machine, Machine Parameters, Rock Mass Parameters -
در اغلب مواد سنگی تغییرشکل های ناشی از جابجایی در سطوح ریزترک اولیه و انتشار خرابی به دلیل جوانه زنی و رشد ترک بال و ترک ثانویه به گونه توامان رخ می دهد. وقتی مواد سنگی تحت بارگذاری دینامیکی قرار می گیرند، اندرکنش بین ریزترک ها نقش مهمی در رفتار مواد ایفا می کند. در این تحقیق روش همگن سازی خودسازگاری برای لحاظ اندرکنش بین ریزترک ها و تعیین پارامترهای موثر مواد حاوی ریزترک که تحت تاثیر رشد خرابی زوال یافته اند، بکار گرفته شده است. هدف از ارایه این تحقیق توسعه مدل خرابی ریزمکانیکی با در نظر گرفتن مکانیزم رشد ترک بال و ترک ثانویه در کنار کرنش های غیرالاستیک ناشی از جابجایی سطوح ریزترک اولیه تحت بارگذاری فشاری دینامیکی می باشد. در این تحقیق، معیار مناسبی برای شروع رشد ترک ثانویه برای ترک های بسته پیشنهاد شده است. پارامترهای چقرمگی نمونه های سنگی با استفاده از مطالعات آزمایشگاهی تعیین شده است. پارامترهای ریزساختاری سنگ (میانگین طول اولیه و چگالی ریزترک ها) با استفاده از اسکن میکروسکوپ الکترونی مطالعه شده است. برای اعتبارسنجی مدل توسعه داده شده، نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی با نتایج آزمایش میله فشاری هاپکینسون مقایسه شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی بازای نرخ کرنش یکسان تطابق خوبی با نتایج آزمایش میله فشاری هاپکینسون دارد. نتایج حاصل از شبیه سازی های عددی نشان می دهد که مدل ریزمکانیکی توسعه داده شده بسیاری از ویژگی های رفتاری سنگ ها از جمله رفتار نرم شوندگی در ناحیه بعد از مقاومت فشاری، خرابی حاصل از ترک های بال و ترک های ثانویه و تغییرشکل های بازگشت ناپذیر ناشی از جابجایی سطوح ریزترک ها را پیش بینی می کند.
کلید واژگان: ترک ثانویه، رشد خرابی، فاکتور شدت تنش، کرنش غیرالاستیک، روش همگن سازی خودسازگارFor most rock materials, there exists a coupling between inelastic deformations caused by crack displacements on micro-crack faces and damage evolution due to nucleation and growth of wing- and secondary-cracks. While rock material is subjected to dynamic loading, the interaction between micro-cracks plays an important role in materials behavior. The self-consistent homogenization scheme is implemented in this paper to consider micro-cracks interaction and determine the equivalent mechanical properties of micro-cracked rock deteriorated by damage evolution. The aim of this article is to develop a self-consistent based micromechanical damage model by taking into account the wing- and secondary-cracking mechanisms accompanied by inelastic strains caused by crack displacements under dynamic compressive loading. While stress intensity factors in tensile and in-plane shear modes at flaw tips exceed the material fracture toughness in modes I and II, respectively, wing- and secondary-cracks are sprouted and damage evolution occurs. For closed cracks, an appropriate criterion for the secondary-crack initiation is proposed in this paper. The developed model algorithm is programmed in the commercial finite difference software environment for numerical simulation of rock material to investigate the relationship between the macroscopic mechanical behavior and the microstructure. The fracture toughness parameters of the rock samples are experimentally determined.
Keywords: Secondary-crack, Stress intensity factor, inelastic strain, self-consistent, Sungun copper mine -
در دهه های اخیر مدل های خرابی پدیدارشناسانه برای مطالعه خرابی مواد سنگی توسط محققان متعددی به کار برده شده اند. بیشتر مدل های خرابی پدیدارشناسانه از اصول ترمودینامیک برگشت ناپذیر برای حل مساله استفاده می کنند. از آنجایی که در مدل های خرابی پدیدارشناسانه برای حل فرآیند خرابی در مواد شکننده فیزیک واقعی فرآیند خرابی در مواد شکننده چندان در نظر گرفته نمی شود، بنابراین مدل های خرابی ریزمکانیکی روش های نوینی برای در نظر گرفتن فیزیک واقعی مساله در ریز مقیاس به ویژه جوانه زنی و رشد ترک های بال دار از ریزترک های اولیه اند که مورد توجه محققان قرار گرفته اند. لغزش اصطکاکی بر سطوح ریزترک های بسته موجب تغییرشکل های غیرخطی و جوانه زنی ترک های بال دار از نوک ریزترک های اولیه می شوند. از آنجایی که مواد سنگی توزیع مختلفی از ریزترک های اولیه از نظر اندازه و جهت دارند، تحت بارگذاری دینامیکی همه ریزترک های ذاتی موجود در مواد سنگی فعال شده و رشد می کنند. اندرکنش ریزترک ها با یکدیگر و بهم پیوستن آن ها نقش مهمی در میزان خرابی تجمعی و تشکیل صفحه شکست بزرگ مقیاس در مواد سنگی دارد. روش های همگن سازی مختلفی از قبیل توزیع رقیق، موری- تاناکا، خودسازگار و پونته- کاستاندا برای محاسبه پارامترهای معادل مکانیکی به کار برده می شوند. در این مطالعه از روش همگن سازی خودسازگار (SCS) برای تعیین پارامترهای همگن سازی شده محیط معادل نمونه سنگی تحت بارگذاری فشاری دینامیکی تک محوره استفاده شده است. الگوریتم مدل خرابی توسعه داده شده در محیط نرم افزار تجاری تفاضل محدود (FLAC) کدنویسی شده است. در این مطالعه با استفاده از مدل خرابی توسعه داده شده مقاومت نمونه سنگی در شرایط آزمایش مقاومت فشاری تک محوره به ازای نرخ های کرنش مختلف و با مقادیر بالا مدلسازی و تحلیل شده است. نتایج تحلیل ها و شبیه سازی ها وابستگی مقاومت حداکثری نمونه به نرخ کرنش اعمالی را نشان می دهد. هم چنین مطابق با نتایج، با افزایش نرخ بارگذاری میزان مقاومت فشاری نمونه افزایش می یابد.کلید واژگان: مدل خرابی ریزمکانیکی، همگن سازی، فاکتور شدت تنش، مقاومت دینامیکیIn last decades, phenomenological constitutive damage models were used by many researchers to study for brittle failure of rock materials. Most phenomenological constitutive damage models utilize the irreversible thermodynamic principles to take into account the damage processes in brittle rock materials. Since this type of damage model do not consider the actual physical phenomena in the damage process, the micromechanical damage models are often used to consider the actual physical mechanisms in micro-scales specially in nucleation and propagation of wing-cracks from pre-existing flaws tips. Frictional sliding on closed micro-cracks surfaces leads to inelastic deformation and wing-cracks nucleation from flaw tips. Because of the different distribution of size and orientation of microflows in the rock materials, under dynamical loading, all of the pre-existing micro-flaws in the rock are activated and propagated. The interaction of micro-cracks with other and coalescence of these micro-cracks play a key role in accumulation of damage and macro-scale fracture plane formation in the rock. The various homogenization schemes e.g. Mori-Tanaka, Self-consistent and Ponte-Castandea were applied for calculation of equivalent mechanical parameters of materials. In this study, the Self-consistent scheme (SCS) was used for homogenization of rock sample under uniaxial dynamic compressive loading. The developed model was programmed and used as a separate and new constitutive model in the commercial finite difference software (FLAC).The dynamic compressive test of a brittle rock was simulated numerically and the stress-strain curves under dynamic loading were simulated and compared with one another. The proposed model predicts a macroscopic stress-strain relation and a peak stress (the materials compressive strength) with an associated transition strain rate beyond which the compressive strength of the material becomes highly strain rate sensitive. The results also show that as the strain rate increases, the peak strength increases and the damage evolution becomes slower.Keywords: Micromechanical damage model, Homogenization, Stress intensity factor, Dynamic strength
-
امروزه در اکثر تونل های حفر شده با TBM، از پوشش بتنی پیش ساخته شده (سگمنتال) به عنوان سیستم نگهداری استفاده می شود. از طرفی، مکانیزم عملکرد درزه های بین دو سگمنت در برابر بارهای لرزه ای شناخته نشده است. در این مقاله به بررسی و مطالعه عددی تاثیر زلزله بر روی سیستم نگهداری سگمنتال و نیروهای حاصله عمودی و برشی در سطح تماس بین قطعات پرداخته شده است. بدین منظور از اطلاعات تونل انتقال آب کرج به تهران (امیرکبیر) و از نرم افزار دوبعدی UDEC استفاده شده است. در ابتدا پوشش سگمنتال تحت دو شرایط لغزش کامل و بدون لغزش بررسی شد و نیروهای حاصل برشی و نرمال درزه های بین دو سگمنت تحلیل شد. در نهایت تاثیر سختی درزه های بین دو سگمنت مطالعه شد. نتایج نشان دادند که با افزایش خواص بین پوشش سگمنتال و محیط نیروها بر روی درزه های بین دو سگمنت افزایش یافته و با افزایش سختی بین درزه ها، نیروهای نرمال و برشی بر روی درزه ها افزایش و جابجایی های نرمال و برشی کاهش می یابد. به عبارت دیگر با افزایش صلبیت سیستم نگهداری، انعطاف پذیری پوشش با محیط اطراف کاهش یافته و در نتیجه تنش ها افزایش و جابجایی ها کاهش خواهند یافت.کلید واژگان: سیستم نگهداری منفصل، پوشش سگمنتال، بار زلزله، تحلیل دینامیکی، شرایط لغزش کامل و بدون لغزشToday, precast concrete lining (segmental) are used as system maintenance in the majority of tunnels excavated by TBM. On the other hand, the mechanism of the joint between two segments is not known under seismic loads. In this paper a numerical study about the effect of the earthquake on the segmental supporting system and the resultant vertical and shear forces on the contact surface between two segments is investigated. The Tehran -Karaj water conveyance tunnel (Amirkabir) was used as a case study. In this study, the UDEC software was used. At the first step, the segmental lining were simulated under no slip and full slip conditions and the normal and shear forces were studied. Finally, the effect of joint stiffness between two segments were investigated. Results showed that with increasing the interface properties, the normal and shear forces in the segmental joints increased. Also with increasing the joints stiffness, the normal and shear forces on the joints increased and the normal and shear displacement decreased. In other words, the rigidity increament of supporting system is associated with flexibility decrement of lining with respect to rock medium. So, the stresses increased and displacement decreased.Keywords: Segmental Lining, Earthquake Loading, Dynamic Analysis, Full Slip, No Slip Condition
-
به علت نیاز گسترده شبکه حمل ونقل شهری، ساخت خطوط ریلی زیرزمینی با روش تونل سازی مکانیزه سپری در کلان شهرها رو به افزایش است. ساخت تونل دوقلوی مترو شیراز یکی از نمونه های این توسعه شبکه حمل ونقل است. در مقاله حاضر، یک مدل عددی سه بعدی برای بررسی رفتار لاینینگ و زمین دربرگیرنده تونل های خط دو مترو شیراز ایجاد شده است. تمامی مراحل حفاری EPB-TBM (دستگاه حفاری تونل با فشار تعادلی زمین) با روش تفاضل محدود شبیه سازی شده است. علاوه بر این، یک روش نوین برای مدل سازی شکل مخروطی سپر دستگاه پیشنهاد شده است. در بیشتر مدل سازی های عددی، مفاصل سگمنتی به طور موازی با محور تونل فرض می شود، علی رغم این حقیقت که مفاصل طولی با یک زاویه مورب نسبت به تونل قرار دارند. سه الگوی لاینینگ در نظر گرفته شده است: لاینینگ پیوسته، با مفاصل طولی مستقیم و مفاصل مورب. نتایج شبیه سازی ضرورت استفاده از الگوی مفاصل طولی مورب برای حصول یک ارزیابی دقیق از نیروهای ساختاری در لاینینگ سگمنتی را نشان داد. در این مقاله، تاثیر فاصله طولی بین جبهه کار تونل دوقلو بر جابجایی زمین دربرگیرنده تونل و نیروهای ساختاری القایی موردبررسی قرار گرفت. در شبیه سازی مفاصل سگمنتی به صورت مستقیم، نیروهای محوری و طولی القایی در مقایسه با مقادیر متناظر در لاینینگ با مفاصل مورب کمتر نشان داده می شود. با افزایش فاصله طولی بین دو جبهه کار تونل های دوقلو، نشست سطحی زمین کاهش و مقادیر حداکثر نیروهای ساختاری القاشده در لاینینگ هر دو تونل افزایش یافته است.کلید واژگان: مدل سازی سه بعدی با FLAC3D، خط دو مترو شیراز، تونل سازی مکانیزه سپری، شبیه سازی لاینینگ سگمنتی، مفاصل سگمنتی مورب، فاصله طولی بین جبهه کار تونل های دوقلوSummary : The case of the Shiraz (Iran) subway twin tunnel construction is an example of transport network extension. In this work, a three dimensional model of the shielded mechanized tunneling of the Shiraz subway was simulated using FLAC3D software to study the excavation influence of a new tunnel on an existing one. Also, the joint pattern in segmental lining is studied.IntroductionDue to the fast development of Iranian metropolises, a wide urban underground transport network is necessary. Thus, the prediction of the influence of mechanized tunneling method on the surface settlement is important in terms of design and construction. In recent decades, extensive studies around the world have focused on considering the effect of mechanized shield tunneling on the surrounding ground.
Methodology and Approaches : In the present paper, a 3D numerical model was developed to investigate the tunnel's lining behavior and the ground displacement surrounding the second line of the Shiraz subway tunnels. All the excavation phases of EPB-TBM (Earth pressure balanced, Tunneling Boring Machine) were simulated using the Finite Difference Method (FLAC3D). Furthermore, a new simple method were proposed to take account of the TBM shield conical shape. Also, to achieve an accurate simulation, the influence of the geometry of the longitudinal joints had been investigated on the lining behaviour.
Results andConclusionsThe numerical results indicated the necessity of using segmental lining with oblique joints pattern to obtain an accurate evaluation of the structural forces applied in segmental lining. In this work, the influence of the longitudinal distances between the tunnel faces on the surrounding ground displacement and the induced lining forces was investigated. The excavation of a new tunnel near to an existing tunnel with high lagging distance between twin tunnels leads to increase in the normal and the longitudinal displacements, in the internal lining forces and to a decrease in the ground surface settlement above the tunnels.Keywords: Three, dimensional modeling By FLAC3D, Segmental lining, Mechanized tunneling, Oblique joint pattern, Lagging distance, Shiraz subway second line -
مواد سنگی تحت تنشهای بالا، رفتار مکانیکی غیرخطی، برگشت ناپذیر، همراه با زوال صلبیت و نرم شونده از خود نشان می دهند. دلیل غالب رفتارهای غیرخطی سنگ جریان پلاستیسیته و فرآیند خرابی به صورت توامان در سنگ می باشد. از منظر میکروسکوپی جریان پلاستیک با لغزش برشی موضعی در شبکه کریستالی ماده کنترل می شود که از منظر ماکروسکوپی موجب کرنش های برگشت ناپذیر می شود. فرآیند خرابی از منظر میکروسکوپی با رشد، انتشار و گسترش ریزترک ها همراه است. نتیجه پدیدار شناختی و ماکروسکوپی فرآیند خرابی، زوال صلبیت و رفتار نرم شوندگی سنگ می باشد.
در این مقاله، به منظورشبیه سازی رفتار برگشت ناپذیر و زوال خواص الاستیک مواد سنگی تحت بارگذاری، از مدل توامان خرابی و پلاستیسیته استفاده شده است. برای توصیف زوال صلبیت و رفتار نرم شوندگی پس از مقاومت حداکثر از مدل خرابی لگاریتمی، وبرای لحاظ کرنش های برگشت ناپذیر از مدل پلاستیک با تابع تسلیم دراکر-پراگر استفاده شده است. پس از توسعه مدل رفتاری جدید و ارائه الگوریتم آن، این مدل توسعه داده شده در محیط نرم افزارVC++ کدنویسی و سپس به عنوان یک مدل رفتاری جدید و مستقل، در محیط نرم افزار المان مجزایUDEC، استفاده شد. در نهایت، رفتار نمونه سنگ آهک اوولیتی تحت بارگذاری فشاری و کششی با استفاده از مدل رفتاری توسعه یافته، شبیه سازی، و با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید. براساس نتایج شبیه سازی عددی، رفتار نرم شوندگی، زوال صلبیت و تغییر شکل های برگشت ناپذیر به خوبی مطابق مشاهدات آزمایشگاهی بازتولید و شبیه سازی شده است. افزایش مقاومت و شکل پذیری سنگ با افزایش فشار همه جانبه نیز در نتایج مدل سازی عددی مشهود می باشد.کلید واژگان: مکانیک خرابی، پلاستیسیته، زوال صلبیت، متغیر خرابی لگاریتمی، پارامتر تردیThe rock materials surrounding the underground excavations typically demonstrate nonlinear mechanical response under high stress states. The dominant causes of irreversible behavior are plastic flow and damage process. The plastic flow is controlled by the presence of local shear stresses which cause dislocation to some preferential elements due to existing defects. During this process, the net number of bonds remains practically unchanged. The main cause of irreversible changes in quasi-brittle materials such as rock is the damage process occurring within the material.
In this paper, a coupled logarithmic damage and plastic model was used to simulate irreversible deformations and stiffness degradation of rock materials under loading. In this model, damage evolution and plastic flow rules were formulated in the framework of irreversible thermodynamics principles. To take into account the stiffness degradation and softening in post-peak region, logarithmic damage variable was implemented. Also, a plastic model with Drucker-Pruger yield function was used to model plastic strains. Then, an algorithm was proposed to calculate the numerical steps based on the proposed coupled plastic and damage constitutive model. The developed model was programmed in VC environment. Then, it was used as a separate and new constitutive model in DEM environment code (UDEC). Finally, the experimental oolitic limestone rock behavior was simulated based on the developed model. The irreversible strains, softening and stiffness degradation were reproduced in the numerical results. Furthermore, the confinement pressure dependency of rock behavior was simulated in according to experimental observations.Keywords: Damage Mechanics, Plasticity, Stiffness Degradation, Logarithmic Damage Variable, Brittleness Paramete -
تحلیل تنش ها و جابجایی ها پیرامون تونلی با مقطع دایروی، یکی از مسائل مهم در تونلسازی است. بر اثر بارگذاری های ناشی از حفر فضای زیرزمینی، زون پلاستیک پیرامون فضای زیرزمینی ایجاد می شود. منحنی اندرکنش زمین، یکی از روش ها برای فهم مکانیزم تغییر شکل تونل است که رابطه بین کاهش فشار داخلی و افزایش جابجایی شعاعی دیواره تونل را نشان می دهد. در سال های اخیر، روش های زیادی برای محاسبه منحنی اندرکنش زمین پیشنهاد شده است، ولی اکثر راه حل های ارائه شده مربوط به رفتار الاستوپلاستیک کامل یا شکننده سنگ بوده است. اما رفتار واقعی زون پلاستیک ناشی از حفر تونل پس از مقاومت حداکثر، رفتاری نرم شونده و اتساعی است. تلاش های صورت گرفته برای محاسبه منحنی اندرکنش زمین با استفاده از مدل رفتاری نرم شونده، بسیار محدود بوده است، زیرا با استفاده از این مدل، منحنی پاسخ زمین، حل صریحی ندارد. در این تحقیق سعی شده است، با توسعه روش های قبلی و لحاظ کیفیت توده سنگ و اتساع متغیر در الگوریتم مساله، رفتار واقعی توده سنگ زون پلاستیک در محاسبه منحنی اندرکنش زمین در نظر گرفته شود. نتایج محاسبات با الگوریتم پیشنهادی تطابق خوبی با روش عددی و همگرایی های اندازه گیری شده تونل قمرود دارد. نتایج محاسبات نشانگر اثر قابل ملاحظه پارامتر اتساع بر میزان همگرایی های تونل است. با افزایش کیفیت توده سنگ (شاخص مقاومت زمین شناسی) رفتار بعد از مقاومت حداکثر توده سنگ پیرامون تونل به رفتار شکننده میل می کند.کلید واژگان: منحنی اندرکنش زمین، رفتار کرنش نرم شوندگی، پارامتر نرم شوندگی، پارامتر نرم شوندگی بحرانی، اتساع توده سنگ، شاخص مقاومت زمین شناسیAnalysis of stresses and displacements around circular opening excavated in rock mass has been one of the most important problems in tunneling. Plastic zone is formed around underground opening as a result of high stress magnitudes. The ground response curve is one of the best methods for understanding of tunnel stability that describes the relationship between the decreasing of inner pressure and the increasing of radial displacement of tunnel wall. In recent years, several methods have been suggested for analysis of ground response curve by many researchers, however, most of the analytical solutions that have been presented, are relevant to elastic-perfectly-plastic or elastic-brittle-plastic behavior of rock. But, the real behavior of plastic zone is strain-softening with dilation. For strain-softening rock masses the attempts at elasto-plastic analysis are limited. This may be due to the difficulty in defining the material behavior and in obtaining the closed-form solutions.
Summary: In this study, it is attempted to develop the earlier methods and present a new algorithm with considering quality of rock mass and variable dilatancy, the real behavior of rock mass be applied in analysis of ground response curve. The results based on the proposed analytical solution was in agreement with Numerical method and measured wall convergence in the Ghomroud tunnel. The results indicated effect of dilation parameter on convergence tunnel wall. With the increasing of rock mass quality (geological strength index),post-peak behavior of rock mass converge to elastic-brittle-plastic.IntroductionDue to loading of underground excavation and redistribution of stresses, the plastic zone form around tunnel. The real behavior of plastic zone is strain-softening with dilation. This paper proposes a new algorithm to calculate the distribution of displacements and stresses around tunnel excavated in strain softening rock masses with variable dilatancy. Also, Effect of various parameters including dilation, geological strength index, and critical softening parameter was studied on proposed algorithm.
Methodology and Approaches: In this study, a new proposed algorithm was used for calculating ground response curve. In order to investigate the verification of proposed algorithm, the results of this analytical solution was compared with numerical method. For showing the applicability of the proposed algorithm, part of Ghomroud tunnel radius convergence was calculated by this proposed analytical solution and was compared with measured tunnel wall convergence at site. The results based on the proposed analytical solution was in agreement with the measured tunnel convergence.
Results andConclusionsIn proposed algorithm, strain softening behavior, variable dilatancy and geological strength index applied through algorithm, which the results indicated that proposed algorithm was in good agreement with numerical and field results. The results of calculation via proposed algorithm shown importance of dilation in estimation of tunnel convergences. Using of constant dilation estimate the displacement of tunnel wall excessive. So, Analysis with constant dilation is conservative.Keywords: Ground response curve, Strain softening behavior, Softening parameter, Critical softening parameter, Dilation of rock mass, Geological strength index -
امروزه با پیشرفت فن آوری، امکان طراحی و ساخت دقیق تر سازه های زیرزمینی فراهم شده است. با این وجود، آنالیز سازه های زیرزمینی به دلیل اندرکنش با محیط نامحدود خاکی یا سنگی اطراف، بسیار پیچیده بوده و نسبت به دیگر سازه ها تحقیقات کمتری بر روی آن ها صورت گرفته است. در کشور لرزه خیزی همچون ایران برای پیشگیری از پیامدهای ناگوار در اثر زلزله بایستی بررسی و مطالعات جدی تری بر روی رفتار دینامیکی این قبیل سازه ها انجام داد. در این مقاله ابتدا دو روش تحلیلی برای بررسی رفتار فضای زیرزمینی تحت بار لرزه ای ارائه شده است. سپس پاسخ پوشش یکپارچه تحت شرایط لغزش کامل و بدون لغزش با استفاده از روش های تحلیلی و عددی با در نظر گرفتن اندرکنش پوشش و محیط اطراف بررسی شده است. نتایج نشان دادند که تنش ها در پوشش یکپارچه در شرایط بدون لغزش تا 2/7 برابر بیشتر از شرایط لغزش کامل است. همچنین مقدار کرنش های پوشش یکپارچه در حالت لغزش کامل بیشتر است. نتایج روش عددی نیز مطابقت خوبی با روش های تحلیلی داشتند.کلید واژگان: اندرکنش سیستم نگهداری، بارگذاری لرزه ای، لغزش کامل و بدون لغزش، تونل، بارگذاری زلزلهToday, with advances in technology, enable the design and construction of accurate underground structures are provided. Nevertheless, the analysis of underground structures due to interaction between the soil or rock surrounding infinite medium and tunnel supporting system, is very complex and then lower research is done.IntroductionThe response of tunnel supporting system under seismic loads is a function of the ratio flexibility of the lining and rock or soil medium. This ratio represents the stiffness difference between the ground and tunnel lining. And in fact, the interaction of the tunnel lining and medium is indicated.
Methodology and Approaches :In this paper, two analytical methods for investigating the underground spaces behavior under seismic loading is presented. Then, the response of tunnel monolithic lining in no-slip and full-slip conditions with using analytical and numerical methods with considering of interaction between tunnel lining and medium is investigated.
Results andConclusionsThe results showed that the stress induced by seismic loads in tunnel lining in no slip condition is 2.7 times higher than in full slip condition. Also, monolithic lining strain value in full slip condition is further than no slip condition. Results of numerical method shows good agreement with analytical methods.Keywords: Tunnel Supporting System, Seismic Loading, Monolithic Lining, Tunnel, Dynamic Analysis, Full, Slip Condition, No, Slip Condition -
رفتار غیر خطی و برگشت ناپذیر سنگ ها تحت بارگذاری ناشی از ایجاد، رشد و انتشار ریزترک ها در سنگ یا فرآیند خرابی است. اغلب برای بررسی فرآیند خرابی از مدل های خرابی پدیدارشناسانه استفاده می شود. در این تحقیق به دلیل کارایی بیشتر مدل های خرابی ریزمکانیکی در برقراری ارتباط بین رفتار ریزمقیاس و بزرگ مقیاس سنگ از مدل های خرابی ریزمکانیکی استفاده شده است. در این مقاله دو الگوی توزیع رقیق و Mori-Tanaka ریزترک ها معرفی، بررسی و مقایسه شده اند. بدیمنظور مدل های خرابی دو الگوی توزیع رقیق و Mori-Tanaka در شرایط میدان تنش های کششی (ریزترک های باز) فرمولبندی شد. سپس فرمولبندی این مدل ها در محیط C++ کدنویسی شد و مدل رفتاری ریزمکانیکی توسعه داده شده در قالب یک فایل DLL در محیط نرم افزار UDEC به عنوان یک مدل رفتاری جدید فراخوان شد.به منظور استفاده عملی از مدل توسعه داده شده و اعتبارسنجی آن، از آزمایش مقاومت کششی تک محوره انجام شده بر سنگ گرانیت به عنوان مبنا استفاده شد. تلاش شد هندسه و شرایط آزمایش مطابق با واقعیت شبیه سازی شود. براساس نتایج شبیه سازی ها، مدل خرابی ریزمکانیکی براساس الگوی توزیع Mori-Tanaka توانسته است رفتار غیر خطی سنگ از شروع خرابی تا مقاومت حداکثر را به خوبی مطابق داده های آزمایشگاهی شبیه سازی کند. در صورتی که مدل خرابی براساس الگوی توزیع رقیق به دلیل محدودیت در لحاظ مقادیر بالای متغیر خرابی نتوانسته است رفتار غیرخطی سنگ را مدل سازی نماید. از سوی دیگر نتایج شبیه سازی با مدل خرابی بر مبنای الگوی توزیع Mori-Tanaka و تابع مقاومت خرابی کاهشی در مقایسه با تابع مقاومت خرابی افزایشی تطابق بهتری با داده های آزمایشگاهی دارد. بنابراین مدل خرابی با الگوی توزیع Mori-Tanaka و تابع مقاومت خرابی کاهشی رفتار غیر خطی سنگ در تنش هایی نزدیک به مقاومت حداکثر را بهتر مدلسازی کرده است.
کلید واژگان: مدل خرابی ریزمکانیکی، همگن سازی، الگوی توزیع رقیق، الگوی Mori، Tanaka، تابع تسلیم خرابی
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.