تحلیل و ارزیابی تونل های زیر سطح آب زیرزمینی

حفاری تونل در زمین های نرم زیر سطح آب زیرزمینی، باعث اندرکنش بلند مدت بین پوشش تونل و زمین اطراف می شود. فاکتورهای متفاوتی مانند نفوذپذیری خاک اطراف و شرایط مرزی در محیط تونل، اندرکنش تونل و خاک اطراف را در زمان به تعادل رسیدن فشار آب حفره ای بعد از ساخت تونل، کنترل می کنند. طراحی پوشش تونل های واقع در زیر سطح آب زیرزمینی نیازمند مشخص بودن توزیع فشار آب حفره ای در اطراف تونل، نیروهای محوری، ممان خمشی و تنش های ایجاد شده در پوشش در اثر تغییر پارامترهای ژئوتکنیکی زمین می باشد. در این پایان نامه سعی شده تا با تمرکز بر پارامتر فشار آب حفره ای، تاثیر شرایط زهکشی در دیواره تونل بر توزیع فشار آب حفره ای و همچنین تغییرات فشار آب حفره ای ناشی از تحریکات لرزه ای مورد بررسی قرار گیرد. به عبارت دیگر در شرایط استاتیکی اثر تغییرات عمق و قطر تونل و همچنین جابه جایی تراز آب زیرزمینی بر توزیع فشار آب حفره ای و تنش های پوشش و در شرایط دینامیکی اثر تغییرات فرکانس و ماکزیمم شتاب تحریک لرزه ای بر اضافه فشار آب حفره ای دینامیکی ارزیابی شد. تحلیل همبسته هیدرولیکی-مکانیکی با استفاده از نرم افزار عددی flac2d انجام شد و مدل رفتاری موهر-کولمب برای مصالح در شرایط استاتیکی و مدل رفتاری فین برای مدل سازی اضافه فشار حفره ای دینامیکی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج به دست آمده از تحلیل همبسته هیدرولیکی-مکانیکی نشان می دهند که شرایط مختلف زهکشی، توزیع فشار آب حفره ای و در نتیجه تنش های پوشش را تحت تاثیر قرار می دهند. زهکشی فشار آب حفره ای باعث کاهش تنش های محوری ایجاد شده در پوشش ثانویه شده و با بالا آمدن تراز آب زیرزمینی، میزان کاهش در تنش محوری افزایش می یابد. همچنین وجود لایه زهکش بین پوشش اولیه و نهایی در تونل های نسبتاً کم عمق و با تراز آب زیرزمینی بالا کارآمد تر بوده و تا حد زیادی از فشار آب وارد بر پوشش نهایی می کاهد. این امر به دلیل افزایش دبی ورودی به سیستم زهکشی و استفاده بهینه از ظرفیت تخلیه فیلتر می باشد. همچنین به دلیل فشردگی لایه زهکش در اثر افزایش وزن روباره و در نتیجه کاهش ظرفیت تخلیه آن، در اعماق بیشتر عملکرد لایه زهکش کاهش می یابد. کاهش ظرفیت فیلتر ناشی از کاهش نفوذپذیری یا کاهش ضخامت منجر به افزایش بار فشار آب حفره ای وارد بر پوشش، کاهش جریان شعاعی به سمت تونل و کاهش دبی تخلیه شده در سیستم زهکشی می شود. همچنین فشار آب حفره ای تولید شده ناشی از بارگذاری لرزه ای وابسته به فرکانس و ماکزیمم شتاب موج ورودی می باشد. افزایش فرکانس بارگذاری موجب کاهش تنش های پوشش و فشار آب حفره ای شد. همچنین با افزایش ماکزیمم شتاب بارگذاری، تنش های پوشش و فشار آب حفره ای اضافی، افزایش یافتند.