پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

تحلیل و بررسی عددی جابجایی‌ و نیروهای داخلی تونل در شرایط استاتیکی و لرزه‌ای به روش المان محدود (‌مطالعه موردی)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشجوی دکترا، گروه مهندسی عمران، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
10.22034/tri.2025.534611.3358
چکیده
پایداری سازه‌های زیرزمینی به علت تغییر در نوع سنگ و خاک، ساختار زمین‌شناسی، شرایط تنش‌های منطقه، مراحل حفاری و ایجاد فضای زیرزمینی از محلی به محل دیگر، امری پیچیده و مشکل است. بنابراین لازم است با استفاده از روش‌های مختلف تحلیل پایداری، مقایسه بین نتایج حاصل از آن‌ها و همچنین با قضاوت مهندسی مناسب، وضعیت پایداری در سازه موردنظر بررسی شود. هدف از انجام این تحقیق تحلیل پایداری تونل A متروی قم تحت تأثیر بارهای استاتیک و دینامیک هست. برای این منظور با استفاده از نرم‌افزار المان محدود پلک سیس و با بهره‌گیری از تئوری کرنش صفحه‌ای با المان‌های 15 گره‌ای به مدل‌سازی محیط موردبررسی پرداخته‌شده است. با انجام شبیه‌سازی در بستر ژئوتکنیکی منطقه و با درنظرگرفتن مقطع تونل موردنظر، به تغییر در خصوصیات سازه‌ای و همچنین محیط لرزه‌ای انجام گرفت. نتایج نشان می‌دهد با افزایش ضخامت پوشش ابتدایی تونل، جابجایی‌های اعمال‌شده، 05% کاهش یافته و میزان نیروهای اعمالی افزایش یافته است. لازم به ذکر است که با افزایش ضخامت پوشش تونل از 20 سانتیمتر به 35 سانتیمتر، نشست کف تونل در حدود 100% کاهش یافته است ولیکن این اختلاف در دیگر نقاط مورد بررسی کمتر می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Analysis and Investigation of Displacement and Internal Forces of a Tunnel under Static and Seismic Conditions Using the Finite Element Method (Case Study)

نویسنده English

Masoud Khahanipour
Ph.D., Student, Department of Civil Engineering, NT.C Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

The stability of underground structures is a complex and difficult issue due to changes in rock and soil types, geological structure, regional stress conditions, excavation stages, and the creation of underground space from one location to another. Therefore, it is necessary to investigate the stability status of the structure in question by using different stability analysis methods, comparing the results obtained from them, and also using appropriate engineering judgment. The purpose of this research is to analyze the stability of Tunnel A of Qom Metro under the influence of static and dynamic loads. For this purpose, the studied environment has been modeled using Plaxis finite element software and using the plane strain theory with 15-node elements. By performing the geotechnical study of the area and considering the desired tunnel cross-section, it was possible to change the structural characteristics as well as the seismic environment. The results show that by increasing the thickness of the initial tunnel lining, the applied displacements decreased by 0.5% and the applied forces increased. It should be noted that by increasing the thickness of the tunnel lining from 20 cm to 35 cm, the tunnel floor has been decreased by about 100%, but this difference is less in other studied points.

کلیدواژه‌ها English

Sustainability
Tunnel
Qom Metro
Plaxis Software
- عظمی، ستار (1392). تحلیل پایداری و طراحی سیستم نگهداری تونل بلند سردشت. پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک سنگ دانشگاه صنعتی اصفهان دانشکده معدن.
-مهدوری، ستار و اسماعیلی، عرفان و عابدی، امیرسالار (1399). مدل‌سازی عددی و تحلیل پایداری تونل‌های کم عمق با روش تفاضل محدود، هفتمین کنفرانس ملی پژوهش­های کاربردی در مهندسی عمران، معماری و مدیریت شهری و ششمین نمایشگاه تخصصی انبوه سازان مسکن و ساختمان استان.
-وجودی، مهدی (1382). بررسی اثر زلزله بر سازه­های زیرزمینی با نگرشی ویژه بر تونل­ها و ایستگاه­های زیرزمینی مترو، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله.
-Ghodratnama, M. Rajaee, A. Masoodi, A. R. Abrishami, S. Davarpanah, T. A. & 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, 104969.
-Hashash, Y.M.A and Hook, J.J. and Schmidt, B. and I-Chiang Yao, J. (2001). Seismic design and analysis of underground structures. Tunnelling and Underground Space Technology, 16, 247-293.
-Hesami, S. Ahmadi, S. (2013). Ground Surface Settlement Prediction in Urban Areas due to Tunnel Excavation by the NATM. Electronic Journal of Geotechnical Engineering. Vol. 18.
-Rajaee, A. Abrishsmi, S. Javankhoshdel, S. & Dastpak, P. (2024). Soil Strength Parameters Sensitivity Analysis of Tied-Back Urban Deep Excavation, 77th Canadian Geotechnical Conference, GeoMontreal, Canada.
-Shen, Y. GAO, B. Yang, X. Tao, S. (2014). Seismic damage mechanism and dynamic deformation characteristic analysis of mountain tunnel after Wenchuan earthquake. Engineering Geology 180, 85–98.
-Walter Amberg and Marco Russo, (2001). Seismic design of underground structures the bolu tunnel. Lombardi SA Engineering Limited, Via Simen 19, CH – 6648 Minusio, Switzerland.
-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.