پژوهشنامه حمل و نقل

پژوهشنامه حمل و نقل

بررسی عددی تأثیر تراز آب زیرزمینی بر نیروی برشی و ممان خمشی پوشش تونل‌های دایره‌ای در شرایط استاتیکی و دینامیکی (مطالعه موردی: تونل مترو اصفهان)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی، تهران، ایران
2 گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی، واحد تهران شمال، دانشگاه آزاد اسلامی،تهران، ایران.
10.22034/tri.2026.592625.3484
چکیده
پایداری لرزه‌ای سازه‌های زیرزمینی به‌ویژه تونل‌ها، یکی از چالش‌برانگیزترین حوزه‌های مهندسی ژئوتکنیک لرزه‌ای به‌شمار می‌رود. در این میان، وجود آب زیرزمینی با تأثیر بر فشار منفذی، تنش مؤثر و سختی محیط، نقشی کلیدی در تغییر الگوی توزیع نیروهای داخلی پوشش تونل ایفا می‌کند. پژوهش حاضر با هدف بررسی تأثیر سطوح مختلف تراز آب زیرزمینی بر نیروی برشی و ممان خمشی در پوشش تونل‌های دایره‌ای، در هر دو شرایط استاتیکی و دینامیکی، انجام شده است. بدین منظور، مدلسازی عددی به روش المان محدود و با استفاده از نرم‌افزار PLAXIS 2D صورت گرفت و اندرکنش سه‌گانه خاک، سازه و سیال در پنج تراز متفاوت آب زیرزمینی و چهار عمق قرارگیری تونل تحلیل شد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تراز آب زیرزمینی منجر به کاهش محسوس نیروی برشی و ممان خمشی در پوشش تونل می‌شود، به‌گونه‌ای که در حالت دینامیکی، نیروی برشی در تاج تونل تا ۵۵٪ و ممان خمشی تا ۴۰٪ نسبت به شرایط خشک کاهش می‌یابد. همچنین مشخص گردید که در شرایط استاتیکی، تغییرات تراز آب تأثیر چندانی بر نیروهای داخلی ندارد، درحالی‌که در تحلیل دینامیکی، کاهش سطح آب زیرزمینی با افزایش نیروی برشی همراه است. حساسترین نقاط پوشش تونل در برابر تغییرات نیروهای داخلی، بخش‌های جانبی (راست و چپ) تونل تشخیص داده شد. یافته‌های این پژوهش می‌تواند در طراحی لرزه‌ای تونل‌های واقع در مناطق با سطح آب بالا و خاک‌های اشباع، مورد استفاده مهندسان و طراحان قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical Investigation of Groundwater Level Effects on Shear Force and Bending Moment of Circular Tunnel Linings under Static and Dynamic Conditions (Case Study: Isfahan Metro Tunnel)

نویسندگان English

masoud khahanipour 1
mohammad reza rasouli 2
1 Department of Civil Engineering, Faculty of Technical and Engineering, TN.C Islamic Azad University, Tehran, Iran.
2 Department of Civil Engineering, Faculty of Technical and Engineering, TN.C Islamic Azad University, Tehran, Iran.
چکیده English

The seismic stability of underground structures, particularly tunnels, is one of the most challenging areas of geotechnical earthquake engineering. Groundwater plays a pivotal role in altering the distribution of internal forces within tunnel linings by influencing pore water pressure, effective stress, and soil stiffness. This study aims to investigate the effect of different groundwater levels on the shear force and bending moment of circular tunnel linings under both static and dynamic conditions. To this end, numerical modeling was conducted using the finite element method via PLAXIS 2D software, and the triple interaction among soil, structure, and pore fluid was analyzed across five distinct groundwater levels and four tunnel embedment depths. The results indicate that rising groundwater levels lead to a significant reduction in shear force and bending moment within the tunnel lining, such that under dynamic conditions, the shear force at the tunnel crown decreases by up to 55% and the bending moment by up to 40% compared to dry conditions. It was also found that under static conditions, groundwater level variations have a negligible effect on internal forces, whereas under dynamic analysis, a drop in groundwater level is accompanied by an increase in shear force. The most sensitive points of the tunnel lining with respect to internal force variations were identified as the lateral sides (left and right springlines) of the tunnel. The findings of this research can be utilized by engineers and designers in the seismic design of tunnels located in areas with high water tables and saturated soils.

کلیدواژه‌ها English

Tunnel
Groundwater
Seismic Analysis
Finite Element Method
Geotechnical Stability

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 29 تیر 1405