بررسی تغییر شکلهای ایجاد شده در تونل در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله

بررسی تغییر شکلهای ایجاد شده در تونل در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله

پاسخ فضاهای زیر زمینی در برابر ارتعاشات ناشی از زلزله می‌تواند به سه شکل تغییر شکلهای محوری، انحنایی و حلقه‌ای (Hoop) باشد.

 تغییر شکل محوری با کرنشهای فشاری و کششی همراه می‌باشد و همراه با عبور موج در طول محور تونل یا فضای زیر زمینی جابجایی انجام می‌گیرد. تغییر شکلهای انحنایی باحث ایجاد انحناهای مثبت و منفی در امتداد تونل می‌گردند. در انحنای مثبت جدار فضای زیر زمینی در قسمت فوقانی دچار فشردگی و در قسمت تحتانی دچار کشیدگی می‌شود. تغییر شکلهای حلقه‌ای نیز در اثر رخورد امواج به صورت عمودی یا تقریبا عمودی نسبت به محور تونل یا فضای زیر زمینی ایجاد می‌گردد. این حالت تنها زمانی که طول موج لرزه‌ای کمتر از شعاع فضای زیر زمینی باشد ایجاد می‌شود.

 

1-  تغییر شکلهای محوری و انحنایی

تنشهای دینامیکی حاصل از امواج لرزه‌ای به تنشهای استاتیکی موجود در جدار تونل یا فضای زیر زمینی و سنگهای مجاور آن افزوده می‌گردند. در اثر افزایش تنشهای فشاری حاصل از بارگذاری دینامیکی امکان ایجاد خرد شدگی و حالت پوسته شدن (Buckling) در محیط فضای زیر زمینی وجود دارد. تنشهای لرزه‌ای کششی باعث کاهش تنشهای استاتیکی فشاری موجود در محل شده و این خود ایجاد تنشهای کششی می‌نماید که نتیجه آن باز شدن درزه‌ها و در نتیجه کاهش مقاومت برشی، سست شدن پیچ سنگها (Rock bolts) و نهایتا ریزش سنگ از سقف یا جداره‌های تونل می‌باشد. برای تعیین تغییر شکلهای محوری و انحنایی می‌توان از مدلهای یک بععدی استفاده نمود. شاید ساده‌ترین راه بدین منظور در نظر گرفتن تونل بعنوان ین تیر سازه‌ای و انجام تحلیل های مربوطه روی آن باشد. اما برای مغاره‌ها یا تونلهای بزرگتر لازم است از مدلهای سه بعدی جهت برآورد این تغییر شکلها استفاده نمود. روابط زیر میتوانند جهت تخمین تنشهای میدان آزاد بکار روند :

(1)  _max  =_--⁺pv­­_p|v _Peak |σ

       

(2) | V_n,Peak T_max ==_--⁺pv_s|

  

 در این روابط:

   _maxσ حداکثر تنش محوری

_max T حداکثر تنش برشی

p دانسیته مصالح

Vp سرعت موج P

Vs سرعت موج S

V_Peak سرعت اوج ذره‌ای در جهت انتشار

V_n,Peak سرعت اوج ذره‌ای در جهت عمود بر انتشار

 

2- تغییر شکل حلقه‌ای:

تمرکز تنشهای حلقه‌ای حاصل از تغییر شکل را می‌توان با استفاده از روابط مربوط به میدان آزاد تنش به شرح زیر برآورد نمود:

 

(3) _max  =_--⁺K1pv­­_p|v _Peak |σ

  

(4) | V_n,Peak T_max ==_--⁺K2pv_s|

 

در این روابط K1 فاکتور تمرکز تنش دینامیکی برای موج P می‌باشد و مطابق شکل (1) تعیی می‌شود و K2 فاکتور تمرکز تنش دینامیکی برای موج S است و مطابق شکل (2) تعیین می‌شود.

 

 

شکل (1) رابطه بین فاکتور تمرکز تش دینامیکی K1 برای موج P و نسبت پوآسون

شکل (2) رابطه بین فاکتور تمرکز تش دینامیکی K2 برای موج S و نسبت پوآسون

 

روابط فوق برای برآورد تنشهای دینامیکی حداکثر در اطراف فضاهای زیر زمینی استوانه‌ای شکل بدون جدار ارائه شده‌اند که البته با اندکی تغییر می‌توان از آنها برای تونلهای دارای جدار نیز استفاده نمود.