مدلسازی عددی بررسی رفتار تونل کم عمق در زمین های ماسه ای تحکیم نیافته با مدل رفتاری هایپوپلاستیک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران

2 گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

3 دانشکده مهندسی معدن و منابع انرژی، دانشگاه نیو ساوت ولز، سیدنی

10.22034/anm.2024.19110.1574

چکیده

پیش بینی‌درست رفتار زمین حین حفاری تونل نسبت به آنچه‌که در واقعیت اتفاق خواهد افتاد، یک امر بسیار پر چالش، بویژه در تونل‌های شهری است. از طرفی هرقدر این پیش بینی سریع و بدون نیاز به صرف هزینه بیشتر باشد به مراتب با ارزش‌تر خواهد بود. در مطالعه حاضر سعی شده است که کارایی مدل رفتاری هایپوپلاستیک برای پیش بینی نتایج حاصل از مدلسازی فیزیکی در آزمایشگاه مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور، در این تحقیق رفتار محیط اطراف یک تونل در حال حفر در محیط ماسه‌ای با استفاده از مدل رفتاری هایپوپلاستیک شبیه سازی شده و خصوصیات مقاومتی خاک مورد مطالعه براساس نتایج آزمایش سه محوره صحت سنجی شده است. همزمان با شبیه‌سازی فرایند حفر تونل، مقادیر نشست سطح زمین و تغییرات تنش در خاک بالای تونل، به ازای مقادیر مختلف چگالی خاک و عمق تونل، اندازه گیری شده و نتایج با مدلسازی فیزیکی و روش تحلیلی مقایسه شد. نتایج این تحقیق مطابقت خوبی با نتایج مدلسازی فیزیکی و تئوری نشان می‌دهد. بر اساس نتایج این تحقیق، مدل رفتاری هایپوپلاستیک قابلیت پیش‌بینی رفتار خاکهای دانه‌ای سست را دارد. همگرایی تونل منجر به آشفتگی میدان تنش اطراف تونل شده و بر اثر پدیده قوس زدگی خاک در اطراف تونل، توزیع تنش از حالت خطی خارج می‌شود. در شرایط یکسان، اگرچه با افزایش عمق تونل زون گسیخته بالای تونل گسترش می‌یابد، نشست سطح زمین کاهش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling of shallow tunnels in unconsolidated sandy soils using hypoplastic model

نویسندگان [English]

  • Nader Moussaei 1
  • Mohammad Hossein Khosravi 2
  • Mohammad Farouq Hossaini 3
1 School of Mining Engineering, College of Engineering, University of Tehran
2 Department of Mining Engineering, Faculty of Engineering, University of Birjand, Birjand, Iran
3 School of Minerals and Energy Resources Engineering, UNSW, Sydney, Australia
چکیده [English]

Correctly predicting the behavior of the ground during tunnel excavation compared to what will happen in reality is a very challenging matter, especially in urban tunnels. On the other hand, the faster this prediction is and without the need to spend more money, the more valuable it will be. In the present study, it has been tried to investigate the effectiveness of the hypoplastic model to predict the results of physical modeling in the laboratory. For this purpose, in this research, the behavior of the surrounding environment of a tunnel in a sandy soils is simulated using a hypoplastic behavioral model, and the resistance characteristics of the studied soil are validated based on the triaxial test results. At the same time as simulating the tunnel excavation process, the settlement of ground surface and stress changes in the soil above the tunnel were measured for different values of soil densities and tunnel depths. The results were compared with physical modeling and analytical methods. The results of this research showed a good agreement with the results of physical and theoretical modeling. Based on the results of this research, the hypoplastic model has the ability to predict the behavior of loose granular soils. Convergence of the tunnel leads to disturbance of the stress field around the tunnel, and due to the phenomenon of soil arching around the tunnel, the stress distribution deviates from the linear state. Under the same conditions, although the loosened zone above the tunnel expands with the increase of the tunnel depth, the settlement of the ground surface decreases.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shallow tunnels
  • Hypoplastic model
  • Numerical modeling
  • Loosened zone above the tunnel

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 12 اسفند 1402
  • تاریخ دریافت: 01 آبان 1401
  • تاریخ بازنگری: 02 بهمن 1402
  • تاریخ پذیرش: 12 اسفند 1402