ارائه يك چارچوب مبتني بر معيار كمي براي انتخاب ابعاد مناسب دامنه جريان در مدلسازي عددي جريان آب ورودي به داخل تونل

A Quantitative Criterion-based Methodology for Selecting Appropriate Domain Size for Numerical Modeling of Groundwater Inflow into Tunnel

انتخاب ابعاد مناسب براي مدل سازي جريان آب ورودي به داخل تونل با استفاده از روش هاي عددي، يكي از مباحث چالشي در حوزه مهندسي سازه هاي زيرزميني است. هدف از اين مقاله، ارائه يك چارچوب مبتني بر معيار كمي جهت انتخاب ابعاد مناسب دامنه جريان براي مدل سازي عددي جريان (آرام، پايا و خطي) آب ورودي به داخل تونل واقع در آبخوان با گسترش عرضي نامتناهي است. بدين منظور، ابتدا يك فاكتور بي بعد تحت عنوان نرخ تغييرات نرمال شده دبي جريان آب ورودي به داخل تونل (NRIV)" تعريف شده و سپس بر اساس يك مقدار حدي تحت عنوان سطح پذيرش تغييرات(ALV)"، ابعاد مناسب براي دامنه جريان(SDS) تعيين شده است. اين چارچوب پيشنهادي بر روي نتايج حاصل از مدل سازي عددي جريان آب ورودي به داخل تونل براي دامنه وسيعي از پارامترهاي هندسي تونل و ابعاد مختلف دامنه جريان پياده سازي شده و در نهايت كارآيي اين چارچوب مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج حاصل از تحليل هاي انجام شده نشان داد كه با افزايش عمق و ابعاد فضاي زيرزميني، ابعاد مناسب براي مدل سازي جريان بصورت غيرخطي افزايش مي يابد. همچنين، با كاهش ALV از 0/0005 به 0/0001، ابعاد دامنه جريان مورد نياز براي مدل سازي بطور متوسط 1/8 برابر شده و بطور همزمان خطاي نسبي نتايج مدل سازي تنها در حدود 4 كاهش مي يابد. افزايش ابعاد دامنه جريان، باعث افزايش شديد زمان مدل سازي و كاهش ناچيز خطاي مدل سازي شده كه در نتيجه، براي كاربردهاي عملي، سطح قابل قبول ALV معادل با 0/0005 پيشنهاد مي شود

Selecting the appropriate model size is a challenging issue in the numerical modelling of groundwater inflow into underground excavation. This issue was studied in this paper by presenting a methodology for selecting appropriate domain size for numerical modeling of groundwater inflow into tunnel that is excavated inside of semi-infinite aquifer. To reach this goal, first, a dimensionless factor, so-called normalized rate of inflow variation (NRIV), was defined in cooperation with its limit value, so-called acceptable level of variation (ALV). Then, the appropriate or suitable domain size (SDS) of numerical model was determined based on the NRIV and ALV. The applicability of suggested methodology was evaluated for the results of wide range geometrical parameter of tunnel (including different tunnel radiuses and depths) and different flow domain sizes. The results of this study indicate that the required domain size for numerical modelling of groundwater inflow into tunnel increase nonlinearly for larger and deeper tunnels. Moreover, the required domain size increases to 1.8 times by decreasing the level of ALV from 0.0005 to 0.0001, where the relative accuracy of results has only increased up to 4%. Since the larger domain size requires much computational difficulties and insignificant accuracy, the ALV in the level of 0.0005 is suggested for practical numerical modelling of groundwater inflow into tunnels.