توسعه طيفهاي تغييرمكان طرح لرزه اي تونلهاي مترو شهري با مقطع دايروي در خاك آبرفتي با لحاظ اندركنش خاك و سازه تونل

The Development of Spectrum displacement for Seismic Design of Urban Metro Tunnels with Circular CrossSections in Alluvial Soil based on SSI

سازه‌هاي مدفون نظير تونل‌ها، بسته به شكل هندسي، عمق دفن و پارامترهاي مختلف ژئوتكنيكي و لرزه‌اي، رفتار متفاوتي هنگام وقوع زلزله از خود نشان مي‌دهند. تونل‌هاي با مقطع دايروي امروزه كاربرد زيادي در زمينه حمل و نقل دارند. يكي از بارزترين كاربردهاي آن، متروهاي شهري است كه با استفاده از ماشين‌هاي حفاري تونل ايجاد مي‌گردد. بررسي رفتار اين‌گونه سازه‌ها در برابر زلزله در زمان بهره‌برداري امري است كه بايستي حتماً در هنگام طراحي مدنظر قرار گيرد. سازه تونل به تغيير مكان زمين بيش از ساير پارامترهاي لرزه‌اي حساس بوده و از سويي اثر مؤلفه قائم زلزله‌ها بر سازه تونل، در حوزه دور كمتر مي‌باشد. لذا تغييرمكان قائم تونل نسبت به تغيير مكان افقي از اهميت كمتري برخوردار است. در مطالعه حاضر، تغييراتي در عمق جايگذاري، قطر و ضخامت پوشش تونل و مشخصات خاك انجام شده و در اين راستا فركانس ارتعاشي توده خاك و تونل محاسبه شده است. در ادامه، بيشينه مؤلفه افقي تغييرمكان تاج تونل تحت يازده ركورد زلزله مهم و مشهور محاسبه گرديد. هم‌چنين ارائه رابطه‌اي بين بيشينه مؤلفه افقي تغيير مكان تاج تونل و فركانس توده خاك و تونل منجر به توليد طيف بازتاب تغيير مكان شده است. با استفاده از نرم‌افزارهاي المان محدود Plaxis 2D و Ansys، مطالعه‌اي روي تونل متروي شهري با مؤلفه‌هاي افقي ركوردهاي زلزله‌هاي مشابه با خاك آبرفتي محل احداث، انجام گرفت. نتايج نشان‌دهنده آن است كه منحني پوش بر طيف تغيير مكان افقي تاج تونل در بازه پريود مورد بررسي، به‌صورت تابعي غيرخطي تغيير مي‌يابد. هم‌چنين اثر تغيير عمق جايگذاري و ضخامت پوشش و قطر تونل بر كاهش تغييرمكان افقي بيشينه تاج تونل بررسي گرديد.

Buried structures such as tunnels, depending on geometric shape, burial depth and various geotechnical and seismic parameters, exhibit different behavior in the event of an earthquake. Tunnels with circular cross-sections are now widely used in the field of transport. One of its most prominent uses is the urban metro that is created using tunnel drilling machines. The behavior of these structures against earthquakes at the time of operation is something that must be considered when designing. The tunnel structure is more sensitive to the ground's displacement than other seismic parameters, on the other hand, the effect of the vertical component of the earthquake on the tunnel structure is less in the far field. Therefore, vertical displacement of the tunnel is less important than horizontal displacement. In this study, variations in depth of placement, diameter and thickness of the tunnel lining and soil properties were performed and in this regard, the vibrating frequency of the soil and tunnel mass has been calculated. In the following, the maximum horizontal displacement component of the tunnel crown was calculated under eleven important and well-known earthquake record. Also, the relationship between the maximum horizontal component of the tunnel crown displacement and the frequency of soil and tunnel mass has led to the production of spectrum of the displacement. Using Plaxis and Ansys finite element softwares, a study was conducted on an urban metro tunnel with horizontal components of earthquake records similar to alluvial soils of the site. The results indicate that the envelope diagram on the horizontal displacement of the tunnel crown is changed in a nonlinear function during the investigating period. Also, the effect of changing the depth of placement and the thickness of the lining and the diameter of the tunnel on reducing the horizontal displacement of the tunnel's crown have been studied.