بررسی تاثیر انتخاب مدل رفتاری خاک بر مدل سازی نشست ناشی از حفر تونل در محیط شهری، (مطالعه موردی تونل امیرکبیرتهران)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مکانیک سنگ، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، ایران،

2 استادیار دانشکده مهندسی معدن، نفت و ژئوفیزیک در دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 دانشکده مهندسی معدن مدرسه معدنی استرالیای غربی، دانشگاه کرتین، استرالیا

4 عضو هیات علمی دانشگاه صنعتی امیر کبیر

10.29252/anm.2019.12567.1411

چکیده

هدف از این مقاله، بررسی اثر مدل‌های رفتاری الاستوپلاستیک شامل، مدل موهر-کلمب، مدل سخت شونده و مدل سخت شونده با کرنش کوچک بر نتایج مدل سازی عددی اندرکنش تونل و زمین درونگیر (محیط اطراف تونل) است. بدین منظور، تونل T4 از پروژه امیرکبیر تهران بعنوان مطالعه موردی انتخاب و مدل سازی عددی اندرکنش تونل و زمین درونگیر این تونل با استفاده از روش المان محدود و مطابق با فرآیند اجرایی انجام و نتایج حاصل در قالب جابجایی های اطراف تونل مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، نتایج حاصل از تحلیل های عددی با استفاده از نتایج رفتارسنجی و مقایسه با مقادیر اندازه گیری شده نشست سطح زمین اعتبارسنجی شد. نتایج حاصل از این مطالعه نشان می‌دهد، جابجایی‌های قائم پیش‌بینی شده با مدل موهر-کلمب از هر دو مدل رفتاری سخت‌شونده کمتر بوده که این اختلاف با تکمیل مراحل حفر و نگهداری تونل افزایش می‌یابد. علاوه بر این، مدل موهر- کولمب برای تمام مراحل حفاری، یک بالازدگی شدید را در کف تونل و بصورت غیرواقعی پیش‌بینی می‌کند. همچنین، نتایج حاصل از مدل‌های سخت‌شونده، بیشترین انطباق را با نتایج حاصل از رفتارسنجی داشته و با افزایش مراحل حفاری، انطباق بین نتایج حاصل از رفتارسنجی و تحلیل‌های عددی با مدل‌های رفتاری با مکانیزم سخت‌شونده، افزایش بیشتری می‌یابد. این افزایش انطباق بگونه‌ای است که در مراحل حفر پله و کف بند و نگهداری پله، اختلاف بین مقدار متوسط نشست اندازه‌گیری شده و نتایج پیش-بینی شده با مدل های رفتاری با مکانیزم سخت‌شونده، بشدت کاهش یافته و این اختلاف به کمتر از 5/1 میلی‌متر می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of Soil Constitutive Model Effects on Numerical Modeling of Settlement Induced by Tunneling in Urban Area, Case Study of Amirkabir Tunnel

نویسندگان [English]

  • Shahrbanou Sayadi 1
  • mortaza javadi 2
  • Mostafa Sharifzadeh 3
  • Korosh Shahriar 4
1 Isfahan University of Technology
2 shahrud uni
3 Curtin University, Western Australian School of Mine (WASM), Australia
4 Department of Mining & Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

Summary
This paper reflects the role of different constitutive models on the deformations induced by tunneling in urban area. These constitutive models were applied in finite element analysis of tunnel-induced subsidence for case study of Amirkabir Tunnel in Tehran. The results of this paper indicate that numerical simulation of tunneling induced settlement with hardening soil small strain stiffness model is much more accurate than other constitutive models.

Introduction
Accurate prediction of tunneling induced settlement is one of the most important challenges encountered in urban underground projects. Generally, such predictions are usually obtained by application of numerical simulation, where the accuracy of the results depends on several factors. The constitutive models play an indicative role on the accuracy of numerical simulation of tunneling induced settlement. This issue was studied by comparing the effect of different constitutive models on the development of ground deformations around tunnel and also the tunneling induced settlement for a case study.

Methodology and Approaches
Finite element analysis of tunneling induced deformations using PLAXIS software was performed for three different elasto-plastic constitutive models including Mohr-Coulomb, hardening soil, and small strain hardening. The input data of numerical simulation were captured from different in-suite and laboratory tests on the host ground of Amirkabir tunnel as case study. Tunnel construction was modeled based on the as-built condition of excavation stages of T4 section of Amirkabir tunnel. Finally, numerical results were compared and verified with monitoring results and field measurements.

Results and Conclusions
Results show that the Mohr-Coulomb model shows lower prediction of vertical displacements comparing to two other implemented models. Furthermore the Mohr-Coulomb model shows an unrealistic uplift of tunnel floor after all of the excavation stages. Results illustrated that using hardening soil models, with sophisticated features including non-linearity pre-failure and high stiffness under small strain, considerably improves the prediction of displacements. It is observed that using hardening soil small strain stiffness model the accuracy of predictions comparing to the field measurements increase obviously. A fully comparison between the results from Mohr-Couloumb and Hardening Soil cases yields some important differences which are presented in this paper.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunnel induced settlement
  • Tunnel-ground interaction
  • Numerical simulation
  • Constitutive model
  • Hardening soil