21300

21300

بررسي تاثير پارامترهاي ژئوتكنيكي محيط بر ميزان ارتعاشات سطحي خطوط ريلي زير زميني

دكتري

خط و سازه هاي ريلي

1392

1398/6/26

دكتر سيدجواد ميرمحمدصادقي

راه آهن

هدف از اين تحقيق بررسي ميزان تاثير پارامترهاي ژئوتكنيكي محيط بر ميزان ارتعاشات سطحي خطوط ريلي زير زميني مي باشد. به منظور نيل به اين هدف، مدلي عددي 5/2 بعدي از سيستم خاك-تونل-خط ريلي توسعه داده شده و سپس بهينه سازي گرديد. پارامترهاي ورودي مدل عددي توسعه داده شده، به كمك نتايج حاصله از آزمايشات ميداني، آزمايشگاهي و ادبيات موضوع تعيين گرديده است. چهار گروه تست ميداني شامل تست اندازه گيري شتاب روي دالخط، اندازه گيري ارتعاشات سطح زمين، تست MASW، و تست اندازه گيري تغيير مكان در سه جايگاه مختلف انجام گرفت. در مدلسازي بار قطار در مدل مذكور از شتابهاي برداشت شده از روي دالخط و اعمال آن در مدل عددي براي اولين بار استفاده شده است. بارگذاري توسعه داده شده در اين تحقيق، منجر به كاهش حجم محاسبات و همچنين افزايش دقت تخمين مدل عددي شده است. نتايج حاصله از تكنيك فوق، گامي اوليه در زمينه توسعه الگوي بارگذاري روسازي هاي دال خط مي باشد. در راستاي اعتبارسنجي و كاليبراسيون مدل عددي توسعه يافته، تست ميداني ثبت ارتعاش روي سطح زمين انجام گرفته است. بدين ترتيب كه با بررسي خطوط مترو كشور سه جايگاه با سه وضعيت تونل داخل خاك با سختي زياد، تونل مستقر بالاي لايه خاك با سختي زياد و تونل با فاصله زياد از لايه خاك با سختي زياد شناسايي و جهت تست ميداني انتخاب گرديد. در محل سه جايگاه مذكور آزمايش ثبت ارتعاش حاصل از قطار در روي سطح زمين انجام گرفت. نمودار فاصله-ارتعاش در هر يك از جايگاه ها رسم گرديد. همچنين نتايج در حوزه فركانس نيز تحليل گرديد. مقادير حاصل از مدل عددي در حوزه زمان و فركانس با نتايج تستها مقايسه و ميزان دقت مدل ارزيابي گرديد. تست ژئوفيزيك MASW در سه جايگاه مذكور جهت تعيين برش طولي سرعت موج برشي استفاده گرديد. همچنين از تست مذكور جهت تعيين ضريب ميرايي خاك استفاده شد. بر اساس برش طولي سرعت موج برشي مشخصات خاك شامل مدول الاستيسته، مدول برشي و ضريب پواسون محاسبه گرديد. همچنين به علت تنوع پارامترهاي دخيل در مدلسازي خط ريلي تغيير مكان خط اندازه گيري و صحت مدلسازي روسازي در مدل از طريق مقايسه با تغيير مكانها ارزيابي شد. پس از كاليبره سازي و اعتبار سنجي مدل عددي، مطالعه پارامتريك با كمك اين مدل انجام گرفت تا تاثير پارامترهاي ژئوتكنيك مختلف خاك مورد بررسي قرار گيرد. پارامترهاي شناسايي شده در آناليز پارامتريك از ادبيات موضوع استخراج گرديد. نهايتا اثر پارامترهاي سختي خاك، عمق تونل، موقعيت لايه خاك با سختي زياد نسبت به تونل، اثر خاصيت بازتاب موج در مرز لايه هاي خاك (ناگذرايي) و نرخ تغيير سختي در عمق، ميرايي، چگالي و دانسيته خاك به عنوان پارامترهاي موثر در آناليز پارامتريك شناسايي گرديد. با ارزيابي نتايج محاسبه شده از مطالعه پارامتريك انجام شده و تحليل مقايسه اي نتايج، تاثير هر يك از پارامترها در ميزان افزايش ارتعاشات ايجاد شده در روي سطح بررسي شده است. نتايج آناليز پارامتريك موقعيت تونل نسبت به لايه هاي خاك نشان داد كه در حالت تونل دقيقا بالاي لايه خاك با سختي زياد به ميزان متوسط 5 دسي بل ارتعاشات بيشتري نسبت به دو وضعيت تونل داخل لايه خاك با سختي زياد و تونل با فاصله زياد از لايه خاك با سختي زياد ايجاد ارتعاش مي نمايد. در حالتي كه تونل در داخل لايه خاك با سختي زياد است، ارتعاشات قائم با نرخ كمتري نسبت به دو حالت ديگر كاهش مي يابد. نتايج آناليز پارامتريك سربار تونل نشان داد كه مقادير ارتعاش به طور متوسط در روي سطح زمين به ميزان 7 دسي بل در حالت تونل كم عمق (سربار كمتر از 15 متر) ببيشتر از تونل عميق (سربار بيشتر از 15 متر) است. سيستم همسطح زمين ( ماننده تونل حفر و پوش) به طور متوسط مقدار ارتعاش آن 15 دسي بل در مقايسه با تونلهاي عميق و 9 دسي بل در مقايسه با تونلهاي كم عمق بيشتر است. بررسي تاثير تغييرات نسبت مدول الاستيسيته لايه هاي خاك نشان داد كه تغيير نسبت مدول الاستيسته خاك در لايه ها مي تواند تا 16 دسي بل باعث افزايش ارتعاشات گردد. نتايج آناليز اثر ناگذرايي ميان لايه هاي خاك (بازتاب موج در مرز لايه) نشان داد، كه بيشترين مقدار تاثير گذاري ناگذرايي لايه هاي خاك بر سطح ارتعاش مربوط به وضعيتي است، كه موج از خاك نرم به لايه خاك با سختي زياد وارد گردد. در چنين شرايطي حداكثر ميزان كاهش ارتعاش در اثر عامل ناگذرايي برابر با 30 دسي بل خواهد بود. نتايج آناليز تاثير نرخ تغييرات سختي خاك در عمق نشان داد كه اين پارامتر مي تواند تا 6 دسي بل در ارتعاشات ايجاد شده در سطح زمين تغيير نمايد. همچنين در نقاط نزديك به محور خط (كمتر از 30 متر) افزايش اين پارامتر باعث افزايش ميزان ارتعاش مي گردد و در نقاط بيشتر از 30 متر باعث كاهش ارتعاش مي گردد.

1398/08/21

Investigation of effects of soil parametrs on the ground vibration level in subway systems

9/17/2019 12:00:00 AM

In this thesis, the effects of soil geotechnical parameters in subways on the ground vibration level were investigated. At first, a two dimensional numerical model of slab track, tunnel and surrounding soil media were simulated. In the model, the soil was modeled as a three layered media. The train load was considered using accelerations measured on top of the slab. Through parametric study, soil modulus of elasticity, damping, poison ratio, tunnel depth, bedrock position, soil impedance ration and stiffness rate change in the depth were investigated as dominant parameters on the intensification of ground vibration level. Ground vibration level was increased when modulus of elasticity of soil layers was increased. The soil layer impedance has the most effect on ground vibration. Soil stiffness change, tunnel overburden and tunnel depth are the main effective parameters respectively.