فهرست مطالب

نشریه مهندسی تونل و فضاهای زیرزمینی
سال هفتم شماره 1 (تابستان 1397)

  • تاریخ انتشار: 1397/05/16
  • تعداد عناوین: 6
|
  • مرتضی جوادی اصطهباناتی *، شهربانو صیادی صفحات 1-17
    در این مقاله، مدل سازی جریان آب ورودی به فضاهای زیرزمینی (تونل) با استفاده از روش محیط پیوسته تصادفی مطالعه شده است. بدین منظور، کد محاسباتی دو بعدی FNETF بر اساس روش محیط پیوسته تصادفی و با هدف مدل سازی جریان آب ورودی به داخل حفریات زیرزمینی ارتقا و سپس صحت سنجی شد. سپس، تاثیر ویژگی های هیدرولیکی محیط درونگیر تونل بر روی دبی جریان آب ورودی بررسی شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می دهد، خروجی کد محاسباتی FNETF برای توده سنگ دارای انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی نزدیک به صفر (محیط ایده آل) هم از نظر توزیع هد فشاری اطراف تونل و هم از نظر مقدار دبی جریان آب ورودی با نتایج دو روش تحلیلی و مدل سازی عددی با استفاده از محیط پیوسته معادل دارای انطباق بسیار خوبی بوده بگونه ای که حداکثر خطای نسبی بین مقادیر دبی جریان آب ورودی کمتر از %0/85 است. همچنین، با افزایش انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی، همچنین، با افزایش انحراف استاندارد هدایت هیدرولیکی، مقادیر میانگین، کمینه و بیشینه دبی جریان آب ووردی به تونل کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: رفتار هیدرولیکی، محیط پیوسته تصادفی، جریان آب ورودی، فضای زیرزمینی، عدم قطعیت جریان، کد محاسباتی FNETF
  • علیرضا جهانگیر، امیر حمیدی * صفحات 19-31
    یکی از بهترین روش های بهسازی عمیق خاک های ماسه ای خشک و اشباع، تراکم دینامیکی است. اجرای عملیات تراکم دینامیکی به علت ارتعاشات زیادی که ایجاد می کند، همواره دارای شرایط ویژه ای جهت ایمنی و پایداری سازه های مجاور یا زیرزمینی است. بدین ترتیب عملیات تراکم دینامیکی باید به نحوی طراحی و اجرا شود که سازه های زیرزمینی مجاور، در اثر ارتعاشات تولید شده پایدار مانده و بهسازی مورد نیاز نیز صورت گیرد. در این مطالعه با مدلسازی عددی سه بعدی بوسیله نرم افزار المان محدود ABAQUS ، حداقل فواصل ایمن در اثر عملیات تراکم دینامیکی برای تونل با قطر ثابت در چهار عمق و سه تراز انرژی کوبش مختلف با استفاده از معیار بیشینه سرعت ذرات (PPV) که توسط آیین نامه های معتبر بیان شده تعیین گردیده است. مطالعات نشان داد ربع اول تونل که در سمت کوبش قرار دارد، ناحیه بحرانی آن است. با افزایش عمق تونل و یا کاهش انرژی کوبش، میزان فاصله های ایمن از محور آن کاهش می یابد. همچنین موقعیت نقطه نظیر بیشینه PPV در جداره تونل، در انرژی و فاصله کوبش ثابت، با افزایش عمق، از انتهای ناحیه بحرانی به سمت تاج آن جابجا و برای تونل در عمق و فاصله کوبش ثابت، با کاهش انرژی کوبش، محل وقوع PPV در ناحیه بحرانی ثابت ولی مقدار آن کاهش می یابد.
    کلیدواژگان: تراکم دینامیکی، مدل سازی عددی، فاصله ایمن، تونل، بیشینه سرعت ذرات، نرم افزار آباکوس
  • وحید بابادی عکاشه *، ابوالقاسم مظفری، کاظم برخورداری، علی اکبر حبیبی، سعید خسروی صفحات 33-47
    یکی از خطرات قابل پیش بینی که در سال های اخیر توسط گروهک های تروریستی ایجاد شده است، ضربه زدن به سیستم حمل و نقل مانند انفجار در شبکه های مترو و تونل های شهری می باشد. بنابراین ایمن سازی آنها به لحاظ سازه ای، باید در اولویت مهندسین طراح و مدیران شهری قرار گیرد. علاوه بر آن، در سال‎های اخیر استفاده از تونل های دوقلو با توجه به پایداری بیشتر و سهولت اجرا مورد استقبال مهندسین طراح قرار گرفته است. در این پژوهش به بررسی رفتار تونل های دوقلو، در مقابل موج انفجار با مقطع های مختلف به صورت شبیه سازی عددی توسط نرم افزار تفاضل محدود FLAC پرداخته شده است. در نهایت نتایج حاصل از این تحلیل های عددی که شامل بررسی نیروی محوری، لنگر خمشی به وجود آمده در کل سازه نگهدارنده تونل ها می باشد، با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد که تونل های با مقطع نعل اسبی عملکرد مناسب تری نسبت به مقطع مستطیلی خواهند داشت.
    کلیدواژگان: مقاطع تونل، تحلیل دینامیکی، تونل های دو قلو، انفجار
  • هاشم زارعی، مرتضی احمدی*، محمدرضا شاهوردیلو صفحات 49-62
    مطالعات اولیه امکان احداث نیروگاه تلمبه ذخیره ای در محدوده سد آزاد انجام شده است. این طرح شامل فضاهای زیرزمینی همچون تونل ها، چاه ها و دو سازه بزرگ مغار اصلی نیروگاه و مغار ترانسفورمر می باشد. به سبب عمر بهره برداری دراز مدت برای سازه های موجود و همچنین وجود تجهیزات تولید برق در مغار نیروگاه، ضرورت تحلیل پایداری دراز مدت این سازه از اهمیت بالایی برخوردار است. در این تحقیق جهت شناخت رفتار وابسته به زمان توده سنگ اطراف مغار که شامل ماسه سنگ با میان لایه های فیلیتی است، از منحنی های ابزار دقیق که در یکی از تونل های دسترسی نصب شده اند، استفاده شده است. از آنجا که امکان انجام آزمایش خزش بر روی نمونه سنگ مقاوم ساختگاه میسر نشد، لذا به صورت پیش فرض مدل رفتاری ویسکوپلاستیک برگر برای این واحد سنگی انتخاب شد. برای شبیه سازی این رفتار، از روش عددی و نرم افزار Flac3D استفاده شده است. نتایج مدل عددی در تطابق خوبی با نتایج پین های همگراسنجی است که صحت شبیه سازی را نشان می دهد. پس از انجام صحت سنجی در تونل دسترسی مدل رفتاری مذکور برای بررسی رفتار وابسته به زمان مغار اصلی نیروگاه نیز تعمیم داده شد و در نهایت پایداری دراز مدت مغار نیروگاه بر اساس تحکیمات از پیش طراحی شده و با استفاده از نمودارهای ظرفیت انجام شد. نتایج تحلیل پایداری نشان می دهد که سازه مغار نیروگاه برای یک دوره 95 ساله با ضریب ایمنی 1 پایدار خواهد بود.
    کلیدواژگان: تحلیل پایداری درازمدت، مغار سد آزاد، روش عددی، نمودار ابزار دقیق، نمودار ظرفیت
  • Mahan Pasdarpour*، Shahram Vahdani صفحات 63-81
    This paper aims to use pushover analysis for performance-based seismic assessment of linings of shallow tunnels constructed in soil that are subjected to vertical shear waves. Pushover analysis is a nonlinear static analysis that works base on pushing laterally 2D numerical nonlinear model of soil with tunnel statically. This analysis considers just ovaling/racking deformation of a lining and compared to the other existing seismic analysis approaches, it has the advantage of using directly a standard acceleration response spectrum as seismic demand. Initially in this paper, responses of a typical tunnel due to four earthquakes were calculated using pushover analysis. In continue, the approach of employing a typical standard acceleration response spectrum as seismic demand was presented using the building’s standard spectrum of FEMA 302 provisions. All the resultant performance points of pushover analyses were then evaluated by carrying out nonlinear dynamic time history analyses and the pushover method was verified. However, further studies are required to propose an acceptable response spectrum for the geotechnical nature of soil deposits containing shallow tunnels as their seismic demand.
    کلیدواژگان: Dynamic Analysis، FEMA 302، Ovaling، Racking، Performance point، Pushover analysis، Shallow tunnel’s lining، Standard acceleration response spectrum
  • پیمان بیرانوند، آرش بیات، حمیدرضا اشرفی *، فریدون امیدی نسب، مسعود گوهری صفحات 83-95
    در این پژوهش یک پاسخ تحلیلی برای ارزیابی پاسخ دینامیکی تونل در محیط های متخلخل ایزوتروپ با استفاده از تئوری تجمع توابع ارائه شده است. برای حل معادلات، دو گروه از توابع پیچیده برای ساختمان جامد و مایع نفوذی در یک سیستم پیچیده دو بعدی معرفی شده اند. تنش، جابجایی و فشارهای منفی ناشی از حوادث حاد در محیط و به ویژه در مجاورت حفره در این طرح پیچیده ارزیابی می شود. اعتبار راه حل پیشنهادی با نمونه های مختلف عددی نشان داده شده است. یک مطالعه پارامتری شامل اثرات تغییر فشردگی مایع، مدول برشی و تغییرات نفوذپذیری، تعداد مختلف موج و انواع موج (امواج سریع، آهسته و برشی) انجام می شود.
    کلیدواژگان: پاسخ تحلیلی، توابع پیچیده، محیط متخلخل، امواج پراکنده
|
  • morteza Javadi, Estahbanati*, S. Sayadi Pages 1-17
    Summary
    In this study, modeling of groundwater inflow into underground excavations was studied based on the stochastic continuum theory. To reach this goal, the two dimensional FNETF computational code was modified based on the stochastic continuum theory and for demand of modeling of groundwater inflow into underground excavations. The accuracy of computations in this code was evaluated from the validation point of view.
    Introduction
    All geological formations show random variation (or spatial nonuniformity) in the values of the hydrogeological parameters that lead to a considerable amount of uncertainty hydrogeological models. Therefore, it is becoming essential to be able to characterize the uncertainty of groundwater processes that can be achieved through implementation of continuum theory with stochastic hydrogeology. This method can be used to estimate the most likely range of groundwater inflow into underground excavations and assess the uncertainty of estimates.
    Methodology and Approaches
    In this paper, the FNETF computational code was modified based on the stochastic continuum theory and then the accuracy of computations in this code was evaluated from the validation point of view. The results of numerical (by performing phase2 software) and analytical solutions for hydraulic head distribution around the circular tunnel and also the groundwater inflow rates were used to validate the accuracy of FNETF computational code. Then, the role of hydraulic properties of rock mass was investigated through parameter study.
    Results and Conclusions
    The results of this study for modification and validation of FNETF computational code show that the outputs of this code for ideal media (with near zero standard deviation of hydraulic conductivity) in terms of both hydraulic head distribution around the tunnel and the groundwater inflow rates are appropriately matched with those obtained from ideal analytical and numerical solutions. Therefore, this computational code can be successfully applied for modeling groundwater inflow into underground excavations by the application of stochastic continuum theory. The results of parameter study and sensitivity analysis also show that the maximum, minimum, and average values of groundwater inflow into tunnel decreases by increasing the standard deviation of rock mass hydraulic conductivity. Therefore, for very heterogeneous rock masses, both the analytical solution and deterministic numerical methods will overestimate (i.e. with one or more order of magnitudes) the groundwater inflow into tunnel in comparison with stochastic continuum method.
    Keywords: Stochastic Continuum Theory, Groundwater inflow, Underground Excavations, Flow Uncertainty, FNETF Computational Code, Hydraulic Behavior
  • Alireza Jahangir, Amir Hamidi* Pages 19-31
    Summary
    Dynamic Compaction is one of the best methods of deep soil improvement. Dynamic compaction operations generate large vibrations; Therefore it should be designed and implemented in a way that does not damage adjacent underground spaces. In this research, for a tunnel with constant diameter, four different locating depths and three different impact energies are modeled numerically using finite element code ABAQUS. In this way six impact distances from tunnel axis are considered. In order to determine safe distances of dynamic compaction from tunnel axis, peak particle velocity (PPV) values in tunnel which is defined by reliable standards are considered.
    Introduction
    Proposed method consists of repeated dropping of a heavy weight tamper in a predetermined pattern on the weak ground that is going to be compacted. Ground vibrations caused by dynamic compaction can damage adjacent underground spaces such as tunnels and buried structures. At First, by numerical modeling of dynamic compaction, critical zone of the tunnel was determined then variations of maximum PPV location for different depths of tunnel and different impact energies were indicated. Finally safe impact distances from tunnel axis for different depths of tunnel with different impact energies in critical zone were determined by allowable PPV that defined by reliable German, British and Swiss standards.
    Methodology and Approaches
    Dynamic compaction has been modeled by many researches with different numerical methods such as finite element. In this research, ABAQUS finite element code in three dimensional space was applied in three steps. In the first step, gravity analysis was performed to exert initial stresses. In the second step, excavation of the tunnel and installation of lining were performed. And in third step, Dynamic implicit analysis for drop of tamper on soil in ten number of blows with time duration 60s for each impact were considered.
    Results and Conclusions
    This research shows that the critical zone of tunnel is located at the first quarter of tunnel in side of dynamic compaction. Increase in depth of the tunnel, safe impact distances from tunnel axis were reduced. By considering constant impact energy and impact distance by, maximum PPV location at the end of critical zone will move up by increase in depth of the tunnel. Also, assuming constant depth of the tunnel and impact distance, maximum PPV point location was fixed with decrease in impact energy.
    Keywords: Dynamic compaction, Numerical Modeling, Safe distanceو Tunnel, Peak particle velocity, ABAQUS
  • Vahid Babadi Akashe*, Abolghasem Mozafari, Kazem Barkhordari, AliAkbar Habibi, saeed khosravi Pages 33-47
    Recently, public places and underground transport facilities such as subways and urban transport tunnels and routes have been targets of terrorists. Twin tunnels are built because of their structural strength and ease of construction. In this study, the behavior of tunnels with different cross-sectional geometries was examined numerically by FLAC under the impact of explosive forces. The results suggested that the performance of tunnels with a horseshoe section performance will be better than rectangular.
    Summary
    In recent decades, there have been reports about explosion in tunnels. In this article, the performance of twin tunnels with three different shapes under internal explosion was studied. Consequently, horse-shoe tunnels have better performance.
    Introduction
    Stevens et.al. have studied the impact of surface explosions on tunnels in different conditions. Ghaemi explained the effect of emission of missile compressive waves and their impact in continuous and discontinuous environment. Liu presented the nonlinear response of tunnels buried under explosive loading. Lee studied the stability of a tunnel which was adjacent an exploded tunnel. Tian studied the dynamic response of multi-story buildings affected by explosion in one of two twin tunnels. In the previous studies, the effect of cross-sectional shape of twin tunnels has not been investigated.
    Methodology and Approaches
    The shapes of twin tunnels were adopted according to code 161 of ministry of road and urban development. Four types of twin tunnels were considered. The primary section is the combination of 2 circles with 12.5 and 5.8 meter radii for each tunnel. The first suggested section is a rectangle with 10m width and 6m height for each tunnel. The second section is a circle with 12.5 radius and a line with 10 meter length for each tunnel. The third section is the combination of 3 circles with 12.5, 6.4 and 2.9 meter radii for each tunnel. FLAC was applied. Mohr-Coulomb failure criteria was used for soil.
    Results and
    Conclusions
    Bending moments and axial force in the crown of the damaged tunnel and adjacent tunnel were obtained for four different cross-sectional shapes. The results showed that the stress caused by the detonation was much lower than the compressive strength of concrete, while bending moments are high. Therefore, when an explosion occurs, rectangular tunnels have poorer performance compared to other types of the horseshoe tunnel. Among the tunnels with horseshoe section, the second section shows a good performance against explosion.
    Keywords: tunnel sections, Dynamic Analysis, twin tunnels, Explosion
  • hashem zeraee, Morteza Ahmadi*, mohammadreza shahrodilo Pages 49-62
    Feasibility studies of pumped storage power plant in Azad dam has been carried out. This project includes underground spaces such as tunnels, shafts and two big caverns including; power house and transformer. So, in this research long term stability of the powerhouse cavern is studied numerically. To determine the time-dependent behavior of the surrounding rock mass of cavern which includes sandstone layers with phyllite interlayers, was used instrument curves which obtained from one of the access tunnel. To simulate the cavern time dependent behavior, numerical method and Flac3D software have been used. Results of the numerical model showed a good agreement with results of convergent pins of the access tunnel.
    Summary
    Long term stability analysis of support system of Azad dam main cavern was objective of research. The study was numerically and Flac3D software was used. Bergar’s time dependent model was considered for rock mass periphery of cavern. Numerical model of cavern was built. Long term stability analysis for 100 years was reviewed. Data which obtained from convergent pins of access tunnel was used for conformity to numerical results. Results of the time dependent analysis showed that the cavern will be stable for a 95-year period with a safety factor of 1.
    Introduction
    In this research, due to importance of the subject and the sufficient knowledge of conducted studies in similar cases, the long-term behavior of the main cavern in Azad dam pumped storage has been investigated. Hence, identification and description of time-dependent behavior of surrounding rock mass is important, as it is possible to calculate and analyze time dependent deformation and, consequently, long term stability of the cavern. To understand such behavior, creep parameters should be calculated by creep tests or using instrument curves which obtained from installed convergent pins in underground space. Finally, with time-dependent analysis, it can be examined the stability of the cavern for different time periods.
    Methodology and Approaches
    In this study time-dependent behavior of rock surrounding cavern which consists of sandstone with interlayer phyllite, have been studied using instrumentation data that were installed in one of access tunnels. Viscoplastic model (CVISC) was selected for the rock mass periphery of cavern. To simulating CVISC model, finite difference software (FLAC3D-V5.01) is applied. Results of numerical method were verified with instrumentation data. Capacity diagrams of support system were drawn.
    Results and Conclusions
    Results of numerical model are in good agreement with the results of convergence pins data which show accuracy of the numerical model. According to long term stability analysis, powerhouse cavern structure will be stable for a period of 95 years with safety factor of one.
    Keywords: Long-term stability analysis, Azad dam cavern, Numerical method, Instrumentation curve, Capacity diagram
  • ماهان پاسدارپور*, شهرام وهدانی Pages 63-81
    این مقاله قصد دارد که با استفاده از تحلیل بارافزون به تحلیل لرزه ای بر مبنای عملکرد پوشش تونل های کم عمقی که در خاک ساخته شده اند و تحت بارگذاری موج برشی قائم قرار گرفته اند بپردازد. تحلیل بارافزون یک تحلیل استاتیک غیرخطی است که بر اساس جابجا کردن جانبی مدل دو بعدی خاک و تونل عمل می کند. این تحلیل تنها مود تغییر شکل اعوجاج (رکینگ) مقطع عرضی پوشش تونل را ارزیابی می کند و نسبت به سایر روش های عددی تحلیل لرزه ای دارای مزیت استفاده از طیف شتاب پاسخ استاندارد نهشته ی خاکی به عنوان تقاضای لرزه ای می باشد. در ابتدا پاسخ یک تونل نمونه بر اثر چهار زلزله به طور جداگانه به وسیله تحلیل بارافزون محاسبه شد. در ادامه روش بکار گیری یک طیف استاندارد نمونه به عنوان تقاضا در تحلیل بارافزون بیان گردید که در آن از طیف استاندارد ساختمان فیما 302 استفاده شد. نتایج تحلیل بارافزون با انجام تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی مورد ارزیابی قرار گرفت و روش تحلیل بارافزون تایید شد. با این وجود برای بکار گیری این روش به مطالعات بیشتری جهت ارائه یک طیف استاندارد قابل قبول، که با طبیعت ژئوتکنیکی نهشته خاکی حاوی تونل کم عمق سازگاری داشته باشد، الزامی است.
    Keywords: تحلیل دینامیکی, فیما 302, رکینگ, تغییر شکل اعوجاجی, نقطه عملکرد, تحلیل بار افزون, پوشش تونل کم عمق, طیف شتاب پاسخ استاندارد
  • Peyman Beiranvand, Arash Bayat, Hamid reza Ashrafi*, F. Omidinasab, Masoud Gohari Pages 83-95
    An analytical solution for the evaluation of dynamic response of a tunnel in infinite isotropic elastic porous media is presented. Tunnel is considered as a circular cavity. Two groups of complex functions for solid skeleton and pore fluid in a two-dimensional complex plane are introduced in order to solve the Biot equations. Stress, displacement and pore pressure fields induced by incident and scattered waves in the medium and especially in the vicinity of the cavity are evaluated in this complex plane. The validation of the proposed solut ion is shown by various numerical examples. A parametric study including the effects of fluid compressibility changes, shear modulus and permeability variations, several wave numbers and wave types (fast, slow and shear waves) is performed.
    Keywords: Analytical solution, Complex functions, Porous media, Wave scattering