اندرکنش دینامیکی تونل سطحی- سازه مجاور در زمین های نرم و مستعد روانگرایی

یکی از روش های مهم و اقتصادی در کنترل ترافیک در کلان شهرها، استفاده از سیستم را ه آهن شهری (مترو) است. در این خصوص ساخت تونل در نواحی سطحی زمین مورد نیاز خواهد بود. در نواحی سطحی زمین، عموماً جنس خاک از مصالح سست تشکیل شده است. این مصالح تحت تأثیر نیروی زلزله، رفتارهای پیچیده ای از خود به نمایش می گذارند. به عنوان نمونه، در خاک های رسی اشباع، فشار آب حفره ای حین زلزله افزایش یافته و سپس ناشی از تحکیم، تغییرشکل هایی را به زمین تحمیل می کند. در خاک های ماسه ای نیز افزایش فشار آب حفره ای ممکن است منجر به روانگرایی محیط گردد. برای بررسی رفتار تونل ها در مناطق شهری، لازم است اثر سازه ها و ابنیه مجاور نیز دیده شود؛ چرا که وجود ساختمان های مجاور، باعث تغییر در میدان تغییرشکل زمین و نهایتاً تغییر در نیروهای داخلی پوشش تونل می گردد. از طرف دیگر، وجود تونل باعث تغییر در مسیر و شدت امواج زلزله وارد بر سازه های مجاور می گردد. پایان نامه حاضر به بررسی اندرکنش دینامیکی تونل سطحی و سازه های مجاور با استفاده از روش تفاضل های محدود در نرم افزار flac پرداخته است. روند مدل سازی به این ترتیب صورت گرفته که در ابتدا شبکه بندی مناسبی ایجاد شده و پس از انتخاب مدل رفتاری (مور- کولمب)، به اعمال شرایط اولیه، شرایط مرزی استاتیکی و شرایط آب حفره ای پرداخته شده است. سپس ساختمانی با عرض پی 20 متر، ساخته شده و به مدل اجازه داده شده تا اضافه فشار آب حفره ای اضافی ایجاد شده در مصالح خاکی (بر اثر بارگذاری ساختمان) به طور کامل زائل شود. سپس تونلی با قطر خارجی 88/6 متر در زمین حفاری شده و سیستم پوشش (لاینینگ) بتنی آن به ضخامت 40 سانتی متر اجرا شده است. فاصله تاج تونل از سطح زمین برابر 10 متر است. بعد از گذشت مدت زمان کافی برای ایجاد شرایط آب حفره ای آرام، مدل رفتاری به مدل فین (مدل دینامیکی) تغییر داده شده و با انتخاب مرزهای صحیح دینامیکی، بارگذاری زلزله (رکورد زلزله لوما پر یتا، 1989) آغاز شده است. در نهایت نیز پس از اتمام زلزله، زمان کافی برای زائل شدن اضافه فشار آب حفره ای ایجاد شده توسط زلزله داده می شود. نتایج تحلیل نشان می دهد انتخاب مدل رفتاری که بتواند رفتار لرزه ای مصالح را پیش بینی کند، در صحت نتایج نقش به سزایی دارد؛ چرا که در مدل رفتاری مور- کولمب، فشار آب حفره ای بر اثر زلزله تغییری نشان نداده، اما در مدل رفتاری فین، فشار آب حفره ای اضافی در مصالح ایجاد می شود. نتایج تحلیل نشان می دهد افزایش نیروهای داخلی بر اثر زلزله، در حالتی که سازه سنگین تری روی زمین وجود داشته باشد بیشتر است. همچنین، تحکیم خاک پس از زلزله بر اثر محو فشار آب حفره ای اضافی، باعث افزایش اندکی در نیروهای داخلی پوشش تونل می شود. نشست زیر پی در حالتی که سازه سنگین تر باشد در حالت های مختلف (استاتیکی، دینامیکی و تحکیم پس از زلزله) بیشتر است. با توجه به نتایج به دست آمده، اگر ساختمان در محل محور تقارن تونل باشد، نشست زیر پی از مناطق میدان آزاد کمتر است؛ چرا که تونل همانند جسم صلب تر (نسبت به خاک) عمل کرده و اجازه نشست کمتری به خاک بالای خود می دهد. نتایج تحلیل نشان می دهد خروج از مرکزیت ساختمان، باعث کاهش نیروهای داخلی پوشش در حالت استاتیکی می شود. تغییرات فشار آب حفره ای به شدت تابع مدول حجمی آب است که به شرایط فیزیکی مسأله بستگی دارد. تغییرات نیروهای داخلی پوشش بر اثر زلزله و رفتار نشست خاک حین زلزله وابسته به نوع مصالح است و در مصالح سست بیشتر است. نشست تحکیمی بعد از زلزله به رفتار حین زلزله مربوط شده و هرچه فشار آب حفره ای اضافی بیشتری حین زلزله تولید شود، نشست تحکیمی مصالح نیز بیشتر خواهد بود.