ارزیابی رفتار دینامیکی مقاطع پرکاربرد تونل‌های شهری تحت سناریو انفجار احجام متفاوتی از TNT در عمق خاک

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه جامع امام حسین

2 دانشگاه نوشیروانی بابل

چکیده

بررسی پاسخ‌های تونل‌های زیرزمینی در برابر بارهای دینامیکی، خصوصاً بار انفجاری در عمق‌های مختلف نسبت به سطح خاک، به‌خاطر اهمیت حیاتی این سازه‌ها و لزوم پایداری بیشتر آن‌ها نسبت به سازه‌های سطحی، ضروری است. این امر به تحلیل پایداری این نوع سازه‌ها، تحت تأثیر بارهای انفجاری، با استفاده از دینامیک سازه نیاز دارد. در این تحقیق به تحلیل پاسخ دینامیکی مدل عددی مقاطع پرکاربرد تونل‌ها شامل دایروی، نعل اسبی و مستطیلی تحت تأثیر سناریو انفجار پرتابه در عمق خاک با خرج‌های 500، 250 و 1000 کیلوگرم TNT به‌وسیله نرم‌افزار اجزای محدود انسیس ال اس داینا (ANSYS LS-DYNA R18.1.0) خواهیم پرداخت. در مدل‌سازی با فرض قرارگیری تونل‌ها در عمق 50 متری از سطح زمین، نفوذ و انفجار پرتابه تا 30 متری در عمق خاک اتفاق می‌افتد. در ادامه به بررسی سرعت ذرات در نقطه‌ای مشخص از تاج تونل، حداکثر تنش ایجاد شده در مدت‌زمان بارگذاری انفجاری و میزان جذب انرژی انفجاری توسط مقاطع تونل‌ها مورد بررسی پرداخته و به مقایسه هریک خواهیم پرداخت. نتایج نشان می‌دهد تنش فون میزس در تونل با مقطع مستطیلی به دلیل تمرکز تنش در کناره‌ها از سایر تونل‌ها بیشتر است. همچنین تونل با مقطع دایروی با بالاترین جذب انرژی حاصل انفجار عملکرد مناسبی در مقایسه با مقاطع مستطیلی و نعل اسبی از خود نشان داد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Evaluation of dynamic behavior of sections of widely used urban tunnels under the scenario of explosion of different volumes of TNT in the soil depth

نویسندگان [English]

  • Mohammad Hossein Taghavi Parsa 1
  • Rasool Nodeh Farahani 2
1 گروه عمران
2 Babol Noshirvani University of Technology, Shariati Av, Babol, Mazandaran, Iran
چکیده [English]

It is necessary to study the responses of underground tunnels to dynamic loads, especially explosive loads at different depths relative to the soil surface, due to the vital importance of these structures and the need for their greater stability compared to surface structures. This requires the analysis of the stability of this type of structures, under the influence of explosive loads, using structural dynamics. In this research, to analyze the dynamic response of the numerical model of the most used sections of tunnels, including circular, horseshoe and rectangular, under the influence of deep projectile explosion scenario with 500, 250 and 1000 kg TNT costs by Ansys LS-Dina finite element software (ANSYNA LS-D). we will pay. In modeling, assuming the tunnels are located at a depth of 50 meters above the ground, the penetration and explosion of the projectile occurs up to 30 meters deep in the soil. In the following, we will examine the velocity of the particles at a specific point in the tunnel crown, the maximum stress created during the explosive loading time and the amount of explosive energy absorbed by the sections of the tunnels and compare each. The results show that the von Mises stress in the tunnel with a rectangular cross section is higher than other tunnels due to the concentration of stress on the sides. Also, the tunnel with a circular cross section with the highest energy absorption resulting from the explosion showed a good performance in comparison with the rectangular and horseshoe sections.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunnel
  • Explosive loading
  • Finite element
  • Energy absorption
  • Von Mises tension
[1]  Mobaraki B, Vaghefi M. Numerical study of the depth and cross-sectional shape of tunnel under surface explosion. Tunneling and Underground Space Technology. 2015 Mar 1; 47:114-22.
[2] De A, Zimmie TF. Centrifuge modeling of surface blast effects on underground structures. Geotechnical Testing Journal. 2020 Sep;30(5):427-31.
[3] Wang Z, Lu Y, Hao H, Chong K. A full coupled numerical analysis approach for buried structures subjected to subsurface blast. Computers & Structures. 2005 Jan 1;83(4-5):339-56.
[4] Pantelides CP, Garfield TT, Richins WD, Larson TK, Blakeley JE. Reinforced concrete and fiber reinforced concrete panels subjected to blast detonations and post-blast static tests. Engineering structures. 2021 Oct 1; 76:24-33.
[5] Cullis IG, Schofield J, Whitby A. Assessment of blast loading effects–Types of explosion and loading effects. International journal of pressure vessels and piping. 2020 Sep 1;87(9):493-503.
[6] Li JC, Li HB, Ma GW, Zhou YX. Assessment of underground tunnel stability to adjacent tunnel explosion. Tunneling and underground space technology. 2013 Apr 1; 35:227-34.
[7] De, Anirban. “Numerical simulation of surface explosions over dry, cohesionless soil.” Computers and Geotechnics 43 (2020): 72-79.
[8]  Yang Z. Finite element simulation of response of buried shelters to blast loadings. Finite Elements in Analysis and design. 1997 Jan 16;24(3):113-32.
[9]  Wu C, Hao H. Numerical simulation of structural response and damage to simultaneous ground shock and air blast loads. International journal of impact engineering. 2007 Mar 1;34(3):556-72.
[10]  Stevens DJ, Krauthammer T. Analysis of blast-loaded, buried RC arch response. I: numerical approach. Journal of Structural Engineering. 1991 Jan;117(1):197-212.
[11] D. J. Stevens, T. Krauthammer, and D. Chandra, “Analysis of Blast‐Loaded, Buried RC Arch Response. Part II: Application. Journal of Structural Engineering., vol. 117, no. 1, pp. 213–234, Jan. 1991.
[12]  M. W. Gui and M. C. Chien, “Blast-resistant analysis for a tunnel passing beneath Taipei Shongsan airport – a parametric study,” Geotechnical Testing Journal., no. 1, pp. 227– 248, 2006.
[13] Tiwari, R., Chakraborty, T., & Matsagar, V. (2017). Dynamic analysis of tunnel in soil subjected to internal blast loading. Geotechnical and Geological Engineering, 35(4), 1491-1512.
[14] Liu, H., & Nezili, S. (2016). Centrifuge modeling of underground tunnel in saturated soil subjected to internal blast loading. Journal of Performance of Constructed Facilities, 30(2), 06015001.
[15] Kristoffersen, M., Minoretti, A., & Børvik, T. (2019). On the internal blast loading of submerged floating tunnels in concrete with circular and rectangular cross-sections. Engineering failure analysis, 103, 462-480.
[16] Zaid, M., & Sadique, M. R. (2020). The response of rock tunnel when subjected to blast loading: Finite element analysis. Engineering Reports, e12293.
[17] Chaudhary, R. K., Mishra, S., Chakraborty, T., & Matsagar, V. (2019). Vulnerability analysis of tunnel linings under blast loading. International journal of protective structures, 10(1), 73-94.
[18]  ANSYS/LS-DAYAN® Academic Research, Release 18.0, Help System, Coupled Field Analysis Guide, ANSYS, Inc.
[19]  Yang, Yubing, Xiongyao Xie, and Rulu Wang. "Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion." Journal of rock mechanics and geotechnical engineering 2.4 (2010): 373-384
[20] Wei, X. Y., Z. Y. Zhao, and J. Gu. "Numerical simulations of rock mass damage induced by underground explosion." International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 46.7 (2009): 1206-1213.
[21]  Bolonkin, Alexander, and Shmuel Neumann. "New self-propelled penetration bomb." International Journal of Advanced Engineering Applications 2.5 (2011): 9-105.