تحليل پايداري تونل ها با در نظر گرفتن نيروي وزن و سختي پوشش

STABILITY OF TUNNELS CONSIDERING THE GRAVITY LOADING an‎d THE LINING STIFFNESS

در ترسيم منحني هاي روش همگرايي-همجواري براي تونلها همگرايي ديواره جانبي، سقف و كف ممكن است متفاوت باشد. دليل آن وزن توده سنگ ناحيه پلاستيك يا گسيخته شده پيرامون تونل است. در اين مقاله يك روش نيمه تحليلي براي استخراج منحني هاي پاسخ زمين و مشخصه پوشش براي يك تونل دايره اي حفاري شده در توده سنگ الاستوپلاستيك با رفتار كرنش نرم شونده ارايه مي شود. در روش ارايه شده از معيار تسليم و تابع پتانسيل پلاستيك موركولمب براي توده سنگ استفاده مي شود. شرايط متقارن محوري فرض مي شود تا تاثير وزن ناحيه پلاستيك بررسي شود. وزن توده سنگ پلاستيك به شكل يك نيروي گسترده شعاعي در نظر گرفته مي شود. اين نيرو در امتداد هاي مختلف مقدار متفاوتي دارد. دو ديدگاه متفاوت پوشش انعطاف پذير و پوشش انعطاف ناپذير براي مدلسازي پوشش بتني و اعمال سختي آن ارايه مي شود. در ديدگاه پوشش انعطاف پذير تاثير پوشش به صورت يك فشار يكنواخت داخلي در نظر گرفته مي شود كه به سطح داخلي توده سنگ وارد مي-شود و در ديدگاه پوشش انعطاف ناپذير پوشش به شكل يك استوانه جدار ضخيم الاستيك در نظر گرفته مي شود. با تركيب اين دو ديدگاه مي-توان اثر سختي پوشش را اعمال نمود. معادلات حاكم را نمي توان به صورت تحليلي حل نمود، بنابراين از روش تفاضل محدود براي حل آنها استفاده مي شود. از چندين مثال مشروح براي نشان دادن كارايي روش ارايه شده و بررسي بار گرانشي استفاده مي شود. نتايج بدست آمده با روش ارايه شده نشان مي دهد كه بار گرانشي بر پايداري تونل بسيار موثر است به خصوص در شرايطي كه ناحيه پلاستيك بزرگي پيرامون تونل شكل بگيرد.

In deriving the convergence –confinement method curves for a tunnel, convergences of side wall, roof and floor may be different, because of the weight of the failed or plastic rock mass. In this paper, a semi-analytical method of the ground response curve and the lining characteristic curve for a tunnel excavated in an elastoplastic strain-softening rock mass, considering axial-symmetric condition, is proposed to study the effects of the weight of the plastic or failed region developed around tunnels. In the proposed method, Mohr–Coulomb yield criterion and plastic potential function are used for the ground medium. The gravity loading is considered as a radial body force being applied to the ground medium which is not the same for different directions. Two flexible and inflexible lining theories are presented for considering the concrete lining stiffness. In flexible lining theory, the influence of the lining is considered as a uniform internal pressure; while, inflexible lining theory, the lining is taken as a thick-walled cylinder. By combining these two theories the concrete lining stiffness can be modelled. The derived differential equations cannot be integrated analytically; thus, they are solved by invoking finite difference approximations. Several illustrative examples are given to demonstrate the performance of the proposed method and to examine the effects of the gravity loads. The results obtained by the proposed method show that the gravity loads may affect the tunnel convergence, especially when the plastic zone is wide.