بررسی تأثیر بارهای دینامیکی ناشی از زلزله بر توزیع فشار منفذی، مطالعه موردی: خط 1 مترو تبریز

نوع مقاله: یادداشت فنی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی نفت، ژئوفیزیک و معدن، دانشگاه صنعتی شاهرود

2 گروه مهندسی معدن، مرکز آموزش عالی شهید باکری میاندواب، دانشگاه ارومیه

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند

10.29252/anm.7.14.111

چکیده

سازه‌های ژئوتکنیکی با انواع گوناگونی از فرایندهای طبیعی ( زلزله، روانگرایی و غیره ) مواجه هستند که این سبب پیچیدگی رفتار و شرایط طراحی آنها خواهد شد. این سازه‌ها در طول عمر خود، به دلیل برخورد با این پدیده‌ها از جمله زلزله، خصوصیات و رفتار ثابتی نخواهد داشت. رفتار مکانیکی خاک‌ها تحت بارهای استاتیکی پیچیده است و لذا در جین بارگذاری لرزه‌ای بسیار پیچیده‌تر خواهد بود. مهم‌ترین مساله ای که در سال‌های اخیر نظر پژوهشگران را به خود جلب کرده است، گسترش مدل رفتاری مناسب برای مدلسازی رفتار تناوبی واقعی خاک اشباع مخصوصاً در ناحیه اندرکنش خاک- سازه است. دلیل این امر آن است که تخمین پاسخ سازه ساخته شده بر روی خاک مستعد روانگرایی در حین زلزله به طور قوی به لحاظ کردن تأثیر گسترش فشار آب حفره‌ای و کاهش مقاومت خاک بر روی رفتار سیستم بستگی دارد. برای بررسی دقیق لازم است تا یک تحلیل دینامیکی غیرخطی تنش مؤثر انجام پذیرد. این تحلیل می‌تواند به صورت کوپل کامل یا شبه کوپل انجام شود.از روش‌های شبه کوپل، مدل فین و مارتین و مدل بایرن است.از میان این مدل‌ها مدل بایرن به عنوان مدل رفتاری، برای خاک محدوده در نظر گرفته شده است و ضرایب مربوطه محاسبه شده است که در مدلسازی عددی (FLAC2D) از آنها استفاده می‌شود. همچنین احتمال روانگرایی با استفاده از نتایج آزمون محلی و با روش تنش مؤثر بررسی شد که با ضریب اطمینان 28/1 برای زلزله بم با بزرگای گشتاوری 5/6 روانگرایی اتفاق نخواهد افتاد .برای مدلسازی عددی از میان شتاب‌نگاشت‌های موجود، شتاب‌نگاشت بم در سطح DBE انتخاب شده و تأثیر بارهای دینامیکی زلزله بر فشار منفذی بررسی شد. نتایج تحلیل عددی دلالت بر افزایش فشار منفذی در اثر اعمال بارهای دینامیکی ناشی از زلزله را دارند که در نتیجه مقادیر بار بیشتری به ساختگاه مورد نظر (تونل مترو) وارد می‌شود و در نهایت امکان برآورد سیستم نگهداری مناسب‌تری برای تونل وجود خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Influences of Dynamic Loads of Earthquake on Pore Water Pressure (Tabriz Metro First Line)

نویسندگان [English]

  • leila Nikakhtar 1
  • Mohamad Bagher Fathi 2
  • Karim Abedi 3
1 Dept. of Petroleum, Geophysics and Mining, Shahrood University of Technology
2 Urmia University
3 Dept.of Civil, Sahand University of Technology
چکیده [English]

Summary
Tabriz metro twin tunnels in some stations are under ground water level. In addition to the loads from the weight of overburden, the load caused by pore water pressure is applied to them. To enter the current load into model certain boundary conditions must be considered that in this study, the probability of liquefaction and the impact of the earthquake on pore pressure loading structure have been investigated.
 
Introduction
Geo-technical design of structures is encountered with a variety of different natural conditions (earthquake, liquefaction, etc.). This will be due to the complexity of behaviors and conditions. These structures during his lifetime, because dealing with different situations such as earthquake will not have fixed characteristics and behavior. Complex Mechanical behavior of the soil under statistical loads can be different and more complicated under dynamic loads. In this respect, the modeling of alternative behavior of saturated soil, especially in the interaction zone of soil – structure, has gained increasing research interest over past decades. Because the estimation of structure response in the soil liquefaction depends on pore water pressure, softening strain and decreasing of soil resistance. For correct investigating, linear dynamic analyze in effective stress is necessary. For this type of analyze couple or semi couple methods could be applied. In this regard Finn & Martin and Byrne could be regarded as semi couple models.
 
Methodology and Approaches
From aforementioned semi couple models, Byrne model was chosen in this research. After calculation of related indexes, the model implemented in Flac2D software. The possibility of liquefaction take place in structure foundation was investigated by local tests results in effective stress method. For numerical modeling, the Bam earthquake acceleration was selected in DBE level among the existing acceleration and impact of earthquake dynamic load of on project structure pore pressure was investigated.
 
Results and Conclusions
Using available data at the project structure the probability of liquefaction in the project region was investigated by cyclic stress method. It was estimated that with safety factor of 1.28 for Bam earthquake magnitude earthquake 6.5M, liquefaction will not occur. Nevertheless, due to exist of pore pressure at structure needed parameters was calculated in Byrne model to study simultaneous impact of dynamic loads and pore pressure to be used in numerical modeling. The results showed an increase in pore pressure due to dynamic loads caused by earthquakes so higher load values to the desired location (subway tunnel) is inserted and finally more effective maintenance system for the tunnel is estimated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Liquefaction
  • Flac software
  • effective stress
  • Byrne method
[1] Kramer. S, 1378 “Seismic geotactic engineering”, transferred by Saeid magdadin mir hosseini and Babak areifpor hoseuni, International institute of seismology and engineering of earthquake, Tehran, In Persian.

[2] Mir Hossein, Saeid Magdadin, Kari, Mehdi, 1374, “Preliminary fine mapping of areas prone to liquefaction in Tehran”, Second conference on seismology and engineering of earthquake, In Persian.

[3] Martin.G.R, .Finn W.D.L and H.B.Seed, 1975, “Fundamentals of Liquefaction under Cyclic Loading”.J.Geotech.Div.ASCE, 101(GT5), pp 423-438.

[4] Byrne,P. ,1991,“A Cyclic Shear – Volume Coupling and Pore – Pressure Model for sand”, Second International Conference on Recent Advances in Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamics, paper No.1.24,47-55.

[5] Das. B.G. 1371 “Principles of geotechnical engineering”, transferred by Shapor Tahoni, , In Persian.

[6] Kramer S. L., 1996, “Geotechnical earthquake engineering”, Prentice Hall, Upper Saddle River.

[7] Diskenson.S.E. and Yang.D.S., 1998, “Seismically- Induced Deformations of caisson Retaining Walls in Improved Soils”, Proc, Geotechnical Earthquake Engineering and Soil Dynamic III, Vol. II, Geotich Speacil,N75.

[8] Cooke.H.G., 2001, “Ground improvement for liquefaction mitigation at existing highway bridges Ph.D. dissertation”, Dept. of Civil and Environmental Engineering Polytechnic Institute and state University, Virginia.

[9] Arabliui, Amir, 1385, “Seismic response of pier crate of interaction, including water, soil and structures”, Sahand University of Technology, master thesis, In Persian.

[10] Harazrah consulting engineering group, 1382, “Report of seismology and earthquake probability investigation in Tabriz metro”, In Persian.

[11] Sharify Borojerdi, Mohsen, 1383, “Modeling of underground structure behavior in dynamic loads, Karone 3 powerhouse case study”, master thesis, Amirkabir University of Technology, In Persian.

[12] Initial report of Bam earthquake, Iran Seismology Website.

[13] Itasca Consulting Group, 1999, Flac version 4.10 User’s manual, Minneapolis.