توسعه طیفهای تغییرمکان طرح لرزه ای تونلهای مترو شهری با مقطع دایروی در خاک آبرفتی با لحاظ اندرکنش خاک و سازه تونل

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 گروه زلزله، دانشکده عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

2 گروه مهندسی زلزله، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

3 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران

چکیده

سازه‌های مدفون نظیر تونل‌ها، بسته به شکل هندسی، عمق دفن و پارامترهای مختلف ژئوتکنیکی و لرزه‌ای، رفتار متفاوتی هنگام وقوع زلزله از خود نشان می‌دهند. تونل‌های با مقطع دایروی امروزه کاربرد زیادی در زمینه حمل و نقل دارند. یکی از بارزترین کاربردهای آن، متروهای شهری است که با استفاده از ماشین‌های حفاری تونل ایجاد می‌گردد. بررسی رفتار این‌گونه سازه‌ها در برابر زلزله در زمان بهره‌برداری امری است که بایستی حتماً در هنگام طراحی مدنظر قرار گیرد. سازه تونل به تغییر مکان زمین بیش از سایر پارامترهای لرزه‌ای حساس بوده و از سویی اثر مؤلفه قائم زلزله‌ها بر سازه تونل، در حوزه دور کمتر می‌باشد. لذا تغییرمکان قائم تونل نسبت به تغییر مکان افقی از اهمیت کمتری برخوردار است. در مطالعه حاضر، تغییراتی در عمق جایگذاری، قطر و ضخامت پوشش تونل و مشخصات خاک انجام شده و در این راستا فرکانس ارتعاشی توده خاک و تونل محاسبه شده است. در ادامه، بیشینه مؤلفه افقی تغییرمکان تاج تونل تحت یازده رکورد زلزله مهم و مشهور محاسبه گردید. هم‌چنین ارائه رابطه‌ای بین بیشینه مؤلفه افقی تغییر مکان تاج تونل و فرکانس توده خاک و تونل منجر به تولید طیف بازتاب تغییر مکان شده است. با استفاده از نرم‌افزارهای المان محدود Plaxis 2D و Ansys، مطالعه‌ای روی تونل متروی شهری با مؤلفه‌های افقی رکوردهای زلزله‌های مشابه با خاک آبرفتی محل احداث، انجام گرفت. نتایج نشان‌دهنده آن است که منحنی پوش بر طیف تغییر مکان افقی تاج تونل در بازه پریود مورد بررسی، به‌صورت تابعی غیرخطی تغییر می‌یابد. هم‌چنین اثر تغییر عمق جایگذاری و ضخامت پوشش و قطر تونل بر کاهش تغییرمکان افقی بیشینه تاج تونل بررسی گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

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

نویسندگان [English]

  • Reza Vahdani 1
  • hamed fakhriyeh 2
  • Mohsen Gerami 3
1 civil engineering, Semnan University, Semnan, Iran
2 Faculty of Civil Engineering, Semnan University, , semnan,iran
3 Associate Professor, Faculty of Civil Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
چکیده [English]

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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • displacement spectrum
  • Numerical method
  • Soil Structure Interaction
  • effects of Nonlinear soil
  • multilayer soil
  • Newmark, N. M. (1968). Problems in Wave Propagation in Soil and Rock: International Symposium on Wave Propagation and Dynamic Properties of Earth Materials.
  • Kuesel, T. R. (1969). Earthquake Design Criteria for Subways. Journal of the Structural Divisions, ASCE, Vol. 95, No. ST6, June 1969.
  • Iida, H. Hiroto, T. Yoshida, N. and Iwafuji, M. (1996). Damage to Daikaisubway station. Soils and Foundations, Special Issue on GeotechnicalAspects of the January 17 1995 Hyogoken-Nambu Earthquake. Japanese Geotechnical Society, pp. 283-300.
  • Dowding, C.H. and Rozen, A. (1978). Damage to Rock Tunnels from Earthquake Shaking. Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE, Vol. 104, No. GT2, February1978.
  • Owen, G. N. and Scholl, R.E. (1981)., Earthquake Engineering of Large Underground Structures. prepared for the Federal Highway Administration, FHWA/RD-80/195.
  • Merritt, J.L. Monsees, J.E. and Hendron. A.J. (1985). Seismic design of underground structures: Proceedings of the 1985 Rapid Excavation Tunneling Conference, vol.1, pp.104-131.
  • John, C. M. and Zahrah, T. F. (1987). Aseismic Design of Underground Structures. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 2, No. 2.
  • Sharma, S. and Judd, W. R. (1991). Underground Opening Damage from Earthquakes. Engineering Geology, 30.
  • Wang, Wang, T. Su, J. Lin, C. Seng, C. and Huang, T. (2001). Tunneling in Taiwan – assessment of damage in mountain tunnels due to the Taiwan Chi–Chi Earthquake. J Tunnelling Underground Space Technol, vol.16, pp.133–150.
  • Power, M.S. Rosidi, D. and Kaneshiro, J. (1996). III Strawman:screening, evaluation, and retrofit design of tunnels. Buffalo, New York: Report raft. National Center for Earthquake Engineering Research.
  • Wang,-N. (1993). Seismic Design of Tunnels: A State-of-the-Art Approach. Monograph, monograph 7. Parsons. Brinckerhoff, Quade and Douglas Inc, New York.
  • Penzien, J. (2000). Seismically induced racking of tunnel linings. J.Earthquake Eng.Structural Dynamics, Vol.29, pp.683-691.
  • Hashash, YA. Hook, J. Schmidt, B. and Chiangyao, J. (2001). Seismic design and analysis of underground structures. J Tunn Undergr Space Technol, 16, No. 4, pp.247–293.
  • Cilingir, Ulas. and Gopal Madabhushi, S.P. (2011). Effect of depth on seismic response of circular tunnels. Geotech. J, vol. 48, pp. 117–127.
  • He, Benguo. and Zhang, Zhiqiang. (2011). Seismic Response of Metro Tunnel in Beijing Stratum: 2011 International Conference on Computational and Information Sciences, 893-896.
  • Sevim, B. (2011). Nonlinear earthquake behaviour of highway tunnels. Hazards Earth Syst. Sci, vol.11, pp. 2755–2763.
  • Besharat,V. Davoodi, M. and Jafari, M.K. (2014). Variations in Ground Surface Responses Under Different Seismic Input Motions Due the Presence of a Tunnel. Arab J Sci Eng, vol.39, pp.6927–6941.
  • Singh ,Manendra. Narayan Viladkar, Manohar. and Samadhiya, Narendra Kumar. (2016). Seismic Analysis of Delhi Metro Underground Tunnels. Indian Geotech J.
  • Plaxis 2D version 8.5. Finite element code for geotechnical engineering. http://www.plaxis.nl/.
  • ANSYS Multiphysics Simulation Software version 15. Finite element code for mechanical engineering. http:// ansys.com/.
  • Pacific Earthquake Engineering Research Center (PEER), (2017). PEER Ground Motion Database. Available at: http://peer.berkeley.edu /peer_ground_motion_database/site.
  • Lysmer, and Kuhlemeyer, RL. (1969). Finite dynamic model forinfinite media. J Eng Mech Div, vol. 95, pp.859–878.
  • Dobry, R. Oweis, I. and Urzua, A. )1976(. Simplified procedures for estimating the fundamental period of a soil profile. Seismol.Soc. Am, Vol. 66, No.4, pp. 1293-1321.