شکل ۵-۲۲) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T9 60
شکل ۵-۲۳) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T9 60
شکل ۵-۲۴) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T10 61
شکل ۵-۲۵) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T10 61
شکل ۵-۲۶) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T11 62
شکل ۵-۲۷) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T11 62
شکل ۵-۲۸) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T12 63
شکل ۵-۲۹) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T12 63
شکل ۵-۳۰) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T13 64
شکل ۵-۳۱) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T13 64
شکل ۵-۳۲) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T14 65
شکل ۵-۳۳) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T14 65
شکل ۵-۳۴) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T15 66
شکل ۵-۳۵) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T15 66
شکل ۵-۳۶) تاریخچه جابه جایی افقی نقاط کنترلی در مدل T16 67
شکل ۵-۳۷) تاریخچه جابه جایی قائم نقاط کنترلی در مدل T16 67
چکیده
تونل ها و سازه های زیرزمینی از جمله سازه های پر اهمیت و رو به رشد در شرایط توسعه سازندگی کشورمان می باشند.اهمیت پرداختن به ضوابط و دستورالعمل های طراحی لرزه ای تونل ها با توجه به رشد چشمگیر ساخت و بهره برداری متروهای شهری نظیر متروی تهران، اصفهان، شیراز و… مشهود است. سازه تونل ها و ایستگاه های مترو که جزء سازه های زیرزمینی پر اهمیت محسوب می شوند، به خاطر حجم سنگین و وسعت مدل هندسی و همچنین تنوع بسیار زیاد در تکنیک های طراحی و اجرا، جزء دشوارترین طراحی های لرزه ای سازه ها محسوب می گردد. اثرات مدفونی سازه ها، فشار سرباره خاک، اندرکنش محیط خاک جداره ای با تونل، بارگذاری فشار آب منفذی و جریان آب، بارگذاری دینامیکی قطارها و واگن ها به دشواری این مدل سازی دینامیکی می افزاید. در این پژوهش از دیدگاه مهندسی زلزله به مدل سازی این سازه ها با رویکرد اندرکنش دینامیکی خاک وسازه می پردازیم. اندرکنش خاک وتونل به صورت مستقیم و در نرم افزار Plaxis مدل سازی شده است. مدل سازی تماما در فضای دوبعدی بوده است. پوشش تونل به صورت المان های بتنی لولا شده در نظر گرفته شده و مصالح خاکی در چهار نوع ماسه معمولی، ماسه متراکم، رس معمولی و رس پیش تحکیم یافته منظور شده است. همچنین سنگ بستر در دو عمق متفاوت ۱۰ و ۱۰۰ متر در نظر گرفته شد. در تحلیل دینامیکی نیز از دو نوع زلزله با محتوای فرکانسی متفاوت استفاده شده است. در پایان نیز به بررسی هر حالت در شرایط لرزه ای مختلف پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: تونل، پوشش‌های تونل، اندرکنش خاک و سازه، مدلسازی اجزا محدود
فصل اول
« کلیات »
۱-۱ مقدمه
کشور ایران به عنوان یکی از مناطق زلزله خیز جهان همواره در طی سالیان گذشته در معرض زلزله های ویران کننده ای قرار داشته است. شرایط طبیعی و زمین شناسی ایران از نقطه نظر وقوع زلزله به طورجدی در دستورکار مهندسین و برنامه ریزان قرار گرفته است. با توجه به اینکه تونل های بسیاری در مناطق زلزله خیز احداث شده و یا در دست ساخت قرار دارند، طراحی ایمن آنها در برابر زلزله از اهمیت و جایگاه ویژه ای برخوردار است. بررسی دقیق پایداری لرزه ای تونلها از مسائل پیچیده در حوزه سازه ها است. تنوع خواص دینامیکی بدنه تونل و گوناگونی جنس و ضخامت خاک که می توانند در انتقال، تضعیف و تقویت امواج زلزله نقش اساسی داشته باشند، وجود یا عدم وجود گسل فعال در محدوده محور تونل، ویژگی های زلزله مانند فاصله مرکز زلزله تا تونل، شدت و طول زمان وقوع زلزله، نوع و امتداد امواج رسیده به تونل و محتوی فرکانسی امواج، همه از عواملی هستند که درپاسخ دینامیکی تونل نقش به سزایی دارند.
به طور کلی تونلها، سازه هایی سه بعدی، عظیم، نا همگن، غیرایزوتروپ و غیر ارتجاعی هستند که در اندر کنش با شالوده و آب مخزن می باشند. مدلهای عددی که بتوانند تمام عوامل فوق را در نظر بگیرند از پیچیدگی زیادی برخوردار خواهند بود. بسته به اینکه کدام یک از شرایط فوق به طور مشخص حاکم بر مسئله باشد مدل می تواند آن پارامتر را ملحوظ نموده و به منظور یافتن رفتار واقعی تر تونل آنها را در نظر بگیرد. در سالهای اخیر پیشرفتهای صورت گرفته در هر دو زمینه نرم افزار و سخت افزار کامپیوتر بسیاری از این مشکلات را خصوصا در زمینه مدل کردن هندسه سه بعدی بدنه تونلها و رفتار غیر خطی و غیر ارتجاعی خاک قابل حل نموده است. به همین نسبت پیشرفتهای صورت گرفته در زمینه روش های آزمایشگاهی و صحرایی در ارزیابی خواص دینامیکی مصالح تونل و نتایج حاصل از آزمایش های ارتعاش اجباری تونلها و ثبت پاسخ تونلها در برابر زلزله های واقعی در جهت تصحیح و اعتبار بخشیدن به روش های عددی و تحلیلی بسیار موثر بوده است.
۱-۲ بیان مسئله
با توجه به دامنه کاربرد تونلها در کشور لرزه خیز ایران، تحلیل دینامیکی این گونه تونلها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. روش های مختلفی تاکنون برای پیش بینی رفتار انواع مختلف تونلها توصیه و بکار رفته است. روش شبه استاتیکی که بر مبنای تحلیلهای تعادل حدی قرار گرفته است، هر چند با کاربرد آسان و فرضیات ساده ایمنی تونل را ارائه می دهد، اما در کنار این مزایا روش شبه استاتیکی، بعضاً می تواند به نتایج بسیار بدبینانه نسبت به پایداری لرزه ای سازه منجر شود که خود به ارائه طرحی غیراقتصادی ختم می گردد.

( اینجا فقط تکه ای از متن پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

امروزه با پیشرفت روزافزون و فراگیرشدن کامپیوتر، استفاده از روش های عددی در تحلیل و طراحی تونلها در مقابل زلزله بمراتب از گذشته بیشتر شده است. انتخاب مدل رفتاری مناسب مهمترین فاکتور در آنالیز با روش های اجزای محدود یا تفاضل محدود تونلها، برای مدل کردن رفتار تنش کرنش پوشش می باشد. به دلیل اینکه رفتار خاک الاستیک خطی نیست، استفاده از چنین مدلهایی می تواند به نتایج غیرایمن و غیر اقتصادی منجر شود. همچنین در حین ساخت تونل و بعد از آن مسیرهای مختلفی از تنش همراه با دوران جهت تنشهای اصلی در خاکریز رخ می دهند که در نتیجه مدلهای الاستیک غیرخطی نیز قادر به در نظر گرفتن وابستگی رفتار به مسیر تنش که در اثر رفتار غیرارتجاعی خاک حادث می شود، نمی باشند. در همین راستا سعی می شود در این تحقیق پاسخ دینامیکی تونلها با بهره گرفتن از مدلهای الاستوپلاستیک تحلیل شود. نرم افزار اصلی مورد استفاده PLAXIS V8.5 می باشد که در حال حاضر بصورت گسترده ای در مسائل مکانیک خاک مورد استفاده قرار می گیرد.
۱-۳ هدف از تحقیق
تونلها از جمله سازه های ژئوتکنیکی هستند که گسیختگی در آنها می تواند منجر به خسارات جبران ناپذیری گردد، از اینرو در طراحی آنها لازم است تمام کنترلها و حساسیتهای لازم بعمل آید. یکی از این موارد، کنترل پایداری تونل در طول زلزله و بعد از آن میباشد. بررسی دقیق پایداری تونلها در برابر زلزله از پیچیده ترین مسایل در حوزه سازه ها است. علت این مسئله این است که مجموعه معلومات و روابط بین آنها در تحلیل این مسئله بسیار متنوع و متفاوت است. با توجه به وسعت کاربرد تونلها و همچنین لرزه خیزی کشور ایران، برآورد ایمنی لرزه ای تونلها نقش ارزنده ای دارد.
۱-۴- متدلوژی تحقیق
در این تحقیق پاسخ غیر خطی پوشش تونل های حفاری شده با دستگاه TBM در برابر زلزله با بهره گرفتن از مدل موهر-کلمب که یک مدل الاستوپلاستیک می باشد، بدست می آید. با بهره گرفتن از این روش پاسخ دو بعدی تونل در حالت کرنشهای صفحه­ای در برابر زلزله محاسبه می شود. برای انجام تحلیل ها از روش اجزاء محدود (F.E.M) و با بهره گرفتن از نرم افزار PLAXIS 8.5 Professional استفاده خواهد شد. در این نرم افزار معادلات دینامیکی حرکت با انتگرال گیری به روش نیومارک حل می شود. برای انجام مطالعات موردی از اطلاعات موجود در راهنمای نرم­افزار برای هندسه تونل و نوع و مشخصات مصالح آن استفاده می شود.
فصل دوم
« ادبیات تاریخچه »
۲-۱ مقدمه
تونلسازی دارای سابقه بسیار طولانی است. سابقه ای که از ساخت غارها توسط انسانهای نخستین برای محافظت در برابر عوامل محیطی (سرما و گرما و…) شروع و در چند دهه اخیر همراه با توسعه صنعتی جوامع، رشد روز افزونی به خود گرفته است. در این بین لزوم بهینه سازی پوشش تونلها که ناشی از افزایش دانش مربوط به علوم زمین و اطلاعات آزمایشگاهی است بر هیچ کس پوشیده نیست. این موضوع از نقد پوشش تونلهای ساخته شده که عموماً عملکرد رضایت بخشی داشتند ولی طراحی جدار آنها کم و بیش محافظه کارانه بوده توسط پک و همکارانش (۱۹۶۹) و با توجه به نتایج اندازه گیریهای انجام شده شروع شد و امروزه با پیشرفت تکنولوژی ادامه دارد.[۱]
از آنجا که اکثر تونلهای شهری در زمینهای نرم حفاری می‌شوند، سه نیاز اصلی طراحی و اجرای موفق یک تونل در خاک نرم را می توان به صورت زیر بیان نمود :
۲-۱-۱ پایداری
اولین مسئله پیش از حفر تونل، بررسی پایداری آن می باشد. بررسی پایداری از این جهت که بتوان پیش بینی کرد قسمت های مختلف تونل از نظر پایداری در کدام یک از رده های زیر قرار می گیرد(۲):
الف ـ برای همیشه پایدار است.
ب ـ تا مرحله نصب سیستم نگهداری دائم پایدار است.
ج ـ اصولاً پایدار نیست.
در صورتی که تمام یا قسمت هایی از تونل نیاز به سیستم نگهداری داشته باشد، باید این سیستم را تحلیل، طراحی و اجرا کرد.
در برخی از روش های تحلیل مانند روش های کرش و کرش اصلاح شده، فقط توده زمین به صورت یک محیط پیوسته در نظر گرفته می شود و میزان تغییر شکل ها و تنها در اطراف حفره مورد بررسی قرار می گیرد. به این گونه روشها، روش های مبتنی بر بارگذاری خارجی گفته می شود. در نوع دیگر روش های مبتنی بر بارگذاری خارجی، پوشش تونل به عنوان سازه ای که توسط فنرهای شعاعی و مماسی در اندرکنش با توده زمین هستند، در نظر گرفته می شوند. روش های Metrogiprotrans و تیر بر بستر الاستیک از این نوعند.
در مقابل روش های مبتنی بر بارگذاری خارجی، روشهایی وجود دارند که بر اساس تغییر شکلها و تنشهای ایجاد شده در اثر حفاری به وجود آمده اند. از جمله این روشها، روش همگرائی محصور شدگی می باشد که در آن بر خلاف روش های گذشته به جای بارگذاری، تغییر شکلهای به وجود آمده در نتیجه باربرداری مورد بررسی قرار می گیرند(۸).
با پیشرفت روش های عددی و استفاده از کامپیوتر های با سرعت و قابلیت ذخیره سازی اطلاعات با حجم زیاد، تحلیل عددی تونلها با در نظر گرفتن مسئله سه بعدی حفاری، نحوه اجرای پوشش و با در نظر گرفتن مدلهای رفتاری مختلف توده زمین امکان­ پذیر شد، که البته جوابهای بدست آمده تفاوتهایی نیز با نتایج رفتار واقعی تونلها دارند. علت این امر تقریبهای اجتناب ناپذیر در پارامتر های مکانیکی توده زمین، نحوه تعامل توده زمین و پوشش از لحاظ میزان لغزش در مدلسازی تا واقعیت و… می باشند. بنابر این تنها اطلاعاتی که می تواند در این زمینه به ما کمک کنند. نتایج اندازه گیری هایی هستند که از رفتار واقعی تونل بدست می آیند.
۲-۱-۲ جا به جایی های زمین و اثرات آن
احداث تونل در مناطق شهری نباید آسیبهای زیاد و غیر قابل قبولی به سازه های اطراف و بالای تونل برساند. قبل از ساخت، این جابه‌جایی‌ها باید تخمین زده شود و اثرات آنها بر روی سازه ها ارزیابی شود(۱۵ و ۱۶).
۲-۱-۳ کارائی سیستم نگهدارنده و پوشش دائمی
پوشش تونل چه اولیه و چه نهایی، باید قابلیت تحمل نیروهای وارد بر آن را در طول عمر خود داشته باشد. بدین منظور می بایستی بارهای وارد بر پوشش تخمین زده شود.
حفاری در توده زمین باعث تغییرات تنش و ایجاد تغییر شکلها در محیط اطراف تونل می شود که رفتار تونل را تحت تأثیر قرار می دهد. با گذشت زمان روش های زیادی برای تخمین تاثیز تونلسازی در خاک های نرم به وجود آمده است که می توان آنها را به روش های تحلیلی، فرمولهای تجربی و مدلهای عددی پرداخته و محدودیت روشها معرفی شده اند.
۲-۲ روش های تحلیل پوشش
وقتی یک مهندس محاسب با مسئله تحلیل و طراحی جدار تونل مواجه می شود، ابتدا مقدار بارهای وارد بر تونل را جستجو می کند بارهای وارد بر پوشش تونل به دو دسته تقسیم می شوند.
یک قسمت بارهایی هستند که همواره می بایستی در نظر گرفته شوند و قسمت دیگر که به شرایط تونل و محیطی که در آن قرار گرفته است بستگی دارند.
۲-۲-۱ بارهای وارد بر پوشش تونل
بارهای زیر را باید در طراحی پوشش تونل در نظر بگیریم.
الف ـ این بارها همواره باید در نظر گرفته شود: