تحلیل پایداری تونلهای تحت فشار با در نظرگرفتن اثر تراوش

تونلها و شفت های تحت فشار مجراهایی هستند که برای انتقال سیالات، عموماً آب تحت فشار، حفاری می شوند. تونل ها و شفت های تحت فشار در ابتدا در صنعت هیدروالکتریک (نیروگاههای برق آبی) استفاده می شدند، اما اکنون برای انتقال آب مصرفی و ضایعات آبی استفاده می شوند. اما هنوز عمومی ترین استفاده از تونل ها و شفت های تحت فشار در طرح نیروگاههای برق آبی جهت انتقال آب از بالادست به نیروگاه پایین دست است. در کلیه آبراهه های تحت فشار بدون پوشش، تراوش شکل می گیرد. در رابطه با تراوش، پوشش های شاتکریت، صفحات بتنی و بتنی مسلح نیز مانند تونل بدون پوشش عمل می کنند؛ زیرا در اثر آبرفتگی بتن و فشار آب داخلی این پوششها ترک خورده و نفوذپذیر می شوند. استفاده از شبکه میلگردهای تقویتی ترکها را پخش خواهد کرد و نفوذپذیری این پوششها کاهش خواهد یافت. به هرحال اگر پوشش نسبت به سنگ اطراف نفوذپذیر باشد، مقاومت کمی در برابر تراوش خواهد داشت و فشار داخلی تونل تقریباً به طور کامل به توده سنگ انتقال خواهد یافت. هر المان توده سنگ از تمامی جهات تحت نیروهای حجمی تراوش قرار می گیرد. به دلیل وجود درزها و ترکها در توده سنگ تحت تاثیر نیروی حجمی تراوش، نفوذپذیری توده سنگ عوض می شود. بنابراین در طول دوره های حفاری و نصب حایل و اعمال فشار، نفوذپذیری توده سنگ دربرگیرنده تونلها و شفت های تحت فشار تغییر می کند. این تغیییرات به نوبه خود باعث تغییر در جریان تراوش و در نتیجه نیروی حجمی تراوش می شود. .در این پایان نامه یک روش تحلیلی- عددی با فرض تقارن محوری و کرنش صفحه ای برای محاسبه اندرکنش هیدرومکانیکی تونلهای تحت فشار ارائه می شود. در این مدل نیروی حجمی تراوش در توده سنگ و تغییرات نفوذپذیری توده سنگ به دلیل وجود کوپل هیدرومکانیکی لحاظ شده است. در مدل ارائه شده سیر اجرای تونل های تحت فشار لحاظ شده است. در این مدل رفتار توده سنگ الاستوپلاستیک با نرم شدگی کرنش از نقطه پیک در نظر گرفته می شود. بر مبنای مدل ارئه شده، یک برنامه کامپیوتری با استفاده از کد matlab به نام pressure-tunnel نوشته شده است. این برنامه با استفاده از روش براون و بری و نرم افزار flac کنترل و صحت سنجی شده است. در انتها پوشش تونل آب بر نیروگاه کارون 4 با استفاده ازروش اشلایس طراحی شده است. سپس این تونل با استفاده از برنامه pressure-tunnel و flac تحلیل شده است. بر مبنای طراحی انجام شده، بتن مسلح با یک لایه میلگرد با قطر 25 میلیمتر و فاصله 25 سانتیمتر به عنوان طراحی مناسب انتخاب می شود. همچنین مشاهده می شود که به علت مقادیر بالای پارامترهای مقاومتی، ناحیه پلاستیک کوچکی در اطراف تونل ایجاد شده است.