زمین شناسی مهندسی

زمین شناسی مهندسی

تحلیل و بررسی عددی نیروی محوری، نیروی برشی و جابجایی افقی در سازه‌های زیرزمینی(مطالعه موردی: تونل پاتاوه-دهدشت)

نویسندگان
دانشگاه آزاد واحد تهران شمال
چکیده
هدف از انجام این تحقیق تحلیل و بررسی عددی نیروی محوری، نیروی برشی و جابجایی افقی در تونل (تونل شماره B محور پاتاوه- دهدشت) هست. این تونل یک پروژه ملی با مشخصات فنی حجم عملیات خاکی 2/2 میلیون مترمکعب، اجرای دیوار حائل به متراژ 2100 متر، اساس و زیراساس به مقدار 110 هزار تن و 95 هزار تن اسفالت در تابستان 1402 افتتاح و مورد بهره­برداری قرار گرفت. در پژوهش حاضر بررسی تأثیر ضخامت پوشش تونل بر نیروی برشی، نیروی محوری و جابجایی افقی و قائم به روش عددی با استفاده از نرم­افزار المان محدود PLAXIS به‌صورت دوبعدی و با استفاده از تئوری کرنش صفحه­ای با المان­های 15 گرهی مدل‌سازی انجام و برای محیط خاکی از مدل رفتار موهر-کلمب که یکی از اساسی­ترین مراحل در تحلیل عددی است و در اکثر مدل­سازی­های عددی حفر تونل از این مدل استفاده می‌شود برای خاک مورد مطالعه این پژوهش به مدل‌سازی محیط مورد بررسی پرداخته ‌شده است. نتایج نشان می‌دهد نتایج نشان داد که با افزایش ضخامت پوشش، جابجایی‌های قائم و افقی در همه نقاط کاهش یافته و در مقابل مقادیر نیروهای محوری و برشی افزایش پیدا می‌کند. بیشترین میزان تغییر شکل مربوط به کف تونل و کمترین مقدار مربوط به دیواره راست تونل است. افزایش ضخامت موجب کاهش نشست کف تونل و کاهش محسوس جابجایی افقی تا بیش از ۹۰ درصد در برخی نقاط شده است. یافته‌ها نشان می‌دهند که انتخاب ضخامت مناسب پوشش نقش کلیدی در کنترل تغییر شکل‌ها، افزایش ظرفیت تحمل نیروها و ارتقای ایمنی لرزه‌ای تونل دارد.

کلیدواژه‌ها

Cacciari, P. P., & Futai, M. M. (2021). The influence of fresh and weathered rock foliation on the stability of the monte seco tunnel. Rock Mechanics and Rock Engineering, 54(2), 537-558.
Ghodratnama, M., Rajaee, A., Masoodi, A. R., Abrishami, S., TQ, A. D., & Pournoori, P. (2025). Enhancing the fracture toughness of eco-friendly self-compacting concrete with waste glass coarse aggregates and steel fibers: A mixed-mode I/II fracture analysis using SCB specimens. Theoretical and Applied Fracture Mechanics, 138, 104969.
Hashash, Y. M., Hook, J. J., Schmidt, B., & Yao, J. I. C. (2001). Seismic design and analysis of underground structures. Tunnelling and underground space technology, 16(4), 247-293.
Heidari, .R., & Fahimi Far, A. (2018). The effect of the weight of the fractured area on the stress distribution and displacement of the environment around the tunnel. Scientific Research Journal of Transportation Infrastructure Engineering, 4(1), 17-26. (In Persian)
Hesami, S., Ahmadi, S., Ghalesari, A. T., & Hasanzadeh, A. (2013). Ground surface settlement prediction in urban areas due to tunnel excavation by the NATM. Electr. J. Geotech. Eng, 18, 1961.
Jaberi, A., & Zare, S. (2024). The effect of soil characteristics on predicting settlement caused by tunnel excavation in different behavioral models in Line A of Qom Metro. Journal of Mining Engineering, 18(58), 15-35. (In Persian)
Jamshidi Avanaki, M., Abedi, M., & Hoseini, A. (2020). Experimental and numerical-based design of hybrid steel fibre-reinforced concrete tunnels. Magazine of Concrete Research, 72(14), 720-733.
Jamshidi Avanaki, M. J., & Dehghan, A. N. (2021). Seismic performance of steel fiber reinforced concrete segmented lining tunnels. In Tunnels and Underground Cities: Engineering and Innovation Meet Archaeology, Architecture and Art (pp. 5685-5691). CRC Press.
Kolymbas, D. (2005). Tunnelling and tunnel mechanics: A rational approach to tunnelling. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg.
Leca, E., & New, B. (2007). Settlements induced by tunneling in soft ground. Tunnelling and Underground Space Technology, 22(2), 119-149.
Mahdevari, S., Esmaeili, E., Abedi, A., (2020). Numerical modeling and stability analysis of shallow tunnels using finite difference method, 7th National Conference on Applied Research in Civil Engineering, Architecture and Urban Management and 6th Specialized Exhibition of Housing and Building Manufacturers in the Province. (In Persian)
Molaei, A. (2019). Development of urban subsurface spaces, a new strategy in urban development, Quarterly Journal of Urban Structure and Function Studies, 6 (18), 57-86. (In Persian)
Niklas, F. J. (2003). Behaviour of buildings due to tunnel induced subsidence (Doctoral dissertation, PhD Thesis, Imperial College of Science, UK).
Plaxis, B. V., Vermeer, C., & Team, P. (1998). Plaxis. Benchmarking, 1(5).
Saeedi Abbasabad, M., Mousavi, M. & Nejad Shah Mohammad, F. (2013). Systematic evaluation of the maintenance of the tunnel of Tehran Metro Line 4 at the non-level intersection with the Tohid Tunnel and the tunnel of Tehran Metro Line 7 against dynamic loads caused by earthquakes. Tunnel and Underground Space Engineering, 2(1), 1-11. (In Persian)
Suwansawat, S., & Einstein, H. H. (2007). Describing settlement troughs over twin tunnels using a superposition technique. Journal of geotechnical and geoenvironmental engineering, 133(4), 445-468.
Sun, X., Zhao, C., Tao, Z., Kang, H., & He, M. (2021). Failure mechanism and control technology of large deformation for Muzhailing Tunnel in stratified rock masses. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 80(6), 4731-4750.
Wang, R., Zhang, D., Guo, C., & Yan, J. (2025). Structural Safety Early Warning and Treatment Technology of Metro Tunnel in Soft Soils. Springer.
Yang, L., Yang, W., Zhou, Y., Chen, Z., & Yao, C. (2025). An experimental study of the influence of local segment damage on dynamic response characteristics of shield tunnels. Tunnelling and Underground Space Technology, 166, 106976.
Yuan, Z., Xu, C., Cai, Y., & Cao, Z. (2015). Dynamic response of a tunnel buried in a saturated poroelastic soil layer to a moving point load. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 77, 348-359.
Zareifard, M. R. (2020). Stability Of Tunnels Considering The Gravity Loading And The Lining Stiffness. Journal of Mining Engineering, 15(48), 45-60. (In Persian)