27896

بررسي اثر جنس متفاوت تونل در مدل بر شتاب زمين و تنش‌هاي تونل با استفاده از ميزلرزه

كارشناسي ارشد

مهندسي عمران- ژئوتكنيك

1399

1401/9/28

محمدحسن بازيار

مهندسي عمران

مدت هاست كه نقش اثرات محلي ساختگاه در شدت بخشيدن به لرزش‌هاي زمين آشكار شده است. از جمله مواردي كه در سال‌هاي اخير توجه محققين بسياري را به خود معطوف نموده، تاثير حضور فضاهاي زير‌زميني طبيعي مانند غارها و حفرات زيرزميني يا سازه‌هاي زيرزميني ساخت بشر نظير تونل‌ها بر پاسخ لرزه‌اي ساختگاه به ويژه در سطح زمين مي‌باشد. هر چند اهميت حضور فضا‌ها و سازه‌هاي زيرزميني بر پاسخ لرزه‌اي ساختگاه و به ويژه در سطح زمين بر اساس مطالعات تحليلي، عددي و كم و بيش آزمايشگاهي مشخص گرديده، ولي حتي در مد‌ل‌سازي‌هاي آزمايشگاهي با استفاده از مدل با جنس‌هاي مختلف در هر آزمايش كار را دشوار كرده چراكه هنوز تحقيقي در مورد ميزان دقت تشابه سازي و ميزان خطا حاصل از مدول‌الاستيسيته مواد در مدل‌سازي تونل تحت بارگذاري لرزه‌اي هنوز بررسي نگرديده است. تحقيق حاضر به بررسي تاثير جنس متفاوت تونل در مدل در بررسي اثرات سازه‌هاي زيرزميني (تونل) بر پاسخ لرزه‌اي سطح زمين و تنش‌هاي تونل به كمك مدل سازي فيزيكي با دستگاه ميزلرزه پرداخته است. در اين تز در مورد اثر جنس مدل با تشابه‌سازي يكسان در نتايج حاصل از بزرگ‌نمايي شتاب سطح و همچنين تنش‌هاي تونل پرداخته شده است. در آزمايش هاي انجام شده با ميزلرزه با استفاده از ضرايب مقياس معتبر شبيه سازي تونل، در جعبه با خاك ماسه‌اي به بررسي اثر جنس متفاوت تونل در مدل بر پاسخ سطح زمين و تنش‌هاي تونل پرداخته شده است. در تحقيقات پيشين از مدل‌هايي با جنس‌هاي آزبست سيماني با مدول‌الاستيسيته GPa23، پلي‌اتيلن با مدول‌الاستيسيته GPa1.1، آلومينيوم با مدول‌الاستيسيته GPa69 و شيشه (پلكسي‌گلس) با مدول‌الاستيسيته GPa2.1 با تشابه‌سازي مناسب نتايجي ارائه شده است، در اين تز براي بررسي اثر جنس مدل در تشابه‌سازي يكسان در مقايسه با مدل از جنس پلي‌اتيلن با مدول‌الاستيسيته GPa1.1 و قطر داخلي 50 سانتي‌متر و ضخامت لاينينگ 2.9 سانتي‌متر، از مدل با جنس فولاد و با مدول‌الاستيسيته GPa210 و قطر داخلي 50 سانتي‌متر و ضخامت لاينينگ 0.5 سانتي‌متر استفاده شده است. براي مقايسه اثر جنس متفاوت تونل در تشابه‌سازي يكسان، به مقايسه نتايج مدل اين تز كه از جنس فولاد بوده با نتايج مدل تحقيق بازيار و دهقاني در سال 2021 كه از جنس پلي‌اتيلن بوده، پرداخته‌شده است. در نتيجه طبق نتايج حاصل همانطور كه انتظار مي‌رفت در شتاب g0.1 و g0.2، بزرگنمايي شتاب از بستر به سمت سطح خاك اتفاق افتاده و با توجه به فركانس پايين شتاب اعمالي، شاهد تاثير كم تونل بر روي بزرگنمايي شتاب سطح مي‌باشيم. همچنين در شتاب g0.45 شاهد كاهش بزرگنمايي شتاب از بستر به سطح بوده كه با توجه به فركانس اعمالي بالاتر اين شتاب، تاثير تونل بر كاهش بزرگنمايي شتاب سطح به خوبي مشاهده گرديد كه خود نشان دهنده تاثير بيشتر فركانس اعمالي نسبت به شتاب اعمالي مي‌باشد. در شتاب g0.96 نيز برخلاف شتاب‌هاي ديگر شاهد كوچكنمايي شتاب از بستر به سطح خاك هستيم و همچنين با توجه به افزايش شتاب اعمالي و ثبات فركانس اعمالي نسبت به شتاب‌هاي g0.1 و g0.2، افزايش تاثير تونل در افزايش كوچكنمايي سطح مشاهده مي‌شود. در مورد حضور پي سطحي نيز اين نكته را بايد بيان نمود كه طبق انتظار با توجه به كم عمق بودن تونل، شاهد تاثير مثبت حضور پي سطحي بوده به صورتي كه در شتاب‌هاي g0.1، g0.2، g0.45 با حضور پي سطحي در بزرگنمايي شتاب سطح بالاي تونل كاهش و در شتاب g0.96 نيز تشديد كوچكنمايي شتاب سطح بالاي تونل اتفاق مي‌افتد. در نهايت علي‌رغم مدول‌الاستيسيته بالاي فولاد در مقايسه با پلي‌اتيلن، عملكرد مورد انتظار و تطابق مطلوب داده‌هاي بزرگ‌نمايي شتاب سطح، با داده‌هاي تحقيقات پيشين را شاهد هستيم.

1401/12/02

Studying the effect of different tunnel materials in model on acceleration of earth and tunnel stresses using shaking table test

12/19/2023 12:00:00 AM

The role of local construction effects in intensifying ground tremors has been revealed for a long time. Among the things that have attracted the attention of many researchers in recent years is the effect of the presence of natural underground spaces such as caves and underground holes or man-made underground structures such as tunnels on the seismic response of the building, especially on the ground level. Although the importance of the presence of underground spaces and structures on the seismic response of the building and especially on the ground surface has been determined based on analytical, numerical and more or less laboratory studies, but even in laboratory modeling using models with different materials in each test, it is difficult. because there has been no research on the accuracy of simulation and the amount of error resulting from the modulus of elasticity of materials in tunnel modeling under seismic loading. The current research has investigated the effect of different types of tunnels in the model in investigating the effects of underground structures (tunnels) on the seismic response of the ground surface and tunnel stresses with the help of physical modeling with a seismic table. In this thesis, the effect of the material of the model with the same parallelization in the results of the magnification of the surface acceleration and also the tunnel stresses has been discussed. In the experiments conducted with the seismic table using the valid scale coefficients of the tunnel simulation, in the box with sandy soil, the effect of the different material of the tunnel in the model on the response of the ground surface and tunnel stresses has been investigated. In previous research, models with asbestos cement materials with 23 GPa modulus of elasticity, polyethylene with 1.1 GPa modulus of elasticity, aluminum with 69 GPa modulus of elasticity and glass (Plexiglass) with 2.1 GPa modulus of elasticity, results have been presented with a suitable analogy, in this thesis to investigate the effect of the material of the model in the same analogy in comparison with the model made of polyethylene with a modulus of elasticity 1.1 GPa and an inner diameter of 50 cm and a lining thickness of 2.9 cm, from a model made of steel and with Elasticity modulus 210 GPa, inner diameter 50 cm and lining thickness 0.5 cm were used. In order to compare the effect of different types of tunnel in the same comparison, the results of the model of this thesis, which was made of steel, were compared with the results of the research model of Baziar and Dehghani in 2021, which was made of polyethylene. As a result, according to the results, as expected, in the 0.1 g and 0.2 g accelerations, the acceleration from the bed towards the soil surface has been magnified, and due to the low frequency of the applied acceleration, we can see the low effect of the tunnel on the surface acceleration magnification. Also at acceleration 0.45 g witnessed the reduction of the acceleration magnification from the bed to the surface, and due to the higher applied frequency of this acceleration, the effect of the tunnel on the reduction of the surface acceleration magnification was well observed, which shows the greater effect of the applied frequency than the applied acceleration. At the 0.96 g acceleration, unlike other accelerations, we see a reduction in the acceleration from the bed to the soil surface, and also due to the increase in the applied acceleration and the stability of the applied frequency compared to the 0.1 g and 0.2 g accelerations, we can see the increase in the effect of the tunnel in increasing the reduction of the surface. will be Regarding the presence of the surface foundation, it should be mentioned that as expected due to the shallowness of the tunnel, the positive effect of the presence of the surface foundation was witnessed in the acceleration 0.1 g, 0.2 g, 0.45 g with the presence of the surface foundation. In the magnification of the acceleration of the upper surface of the tunnel, there is a decrease and in the acceleration of 0.96 g, the acceleration of the reduction of the acceleration of the upper surface of the tunnel also occurs.Finally, despite the high modulus of elasticity of steel compared to polyethylene, we see the expected performance and favorable agreement of surface acceleration magnification data with previous research data.

تونل , ميزلرزه , مدل‌سازي فيزيكي , پاسخ لرزه‌اي , تنش , شتاب

tunnel , shaking table , Physical modeling , Seismic Response , stress , acceleration

Mohammad Reza Dorooki

Dr. Bazyar