تحلیل سه بعدی اجزاء محدود پوشش تونل و مقایسه ای با نتایج تحلیل دو بعدی و روابط تقریبی

چکیده
 واکنش زمین اطراف تونل را می توان با فنرهای شعاعی و مماسی در مدل تیر خمشی اعمال نمود. در تحلیل المان محدود، پوشش به المانهای تیر تقسیم می گردد و مفاصلی برای شبیه سازی خواص سازه ای پوشش می توان تعبیه کرد. در این مقاله برای سادگی، علیرغم متفاوت بودن خواص مکانیکی سنگ و خاک، خاک نسبتا  سخت اطراف یکی از تونلهای مترو به عنوان سنگ ضعیف در نظر گرفته شده است و از المان پوسته به عنوان پوشش استفاده گردیده است. در ابتدا مدل دو بعدی المان پوسته برای پوشش مورد بررسی قرار می گیرد. در مدل طراحی کرنش صفحه ای 2 بعدی بارگذاری های جانبی پوشش تونل به صورت مستطیلی خواهند بود. در حالی که در عمل فشار افقی زمین باید به صورت بار گسترده ی متغیری باشد که بر مرکز پوشش از تاج تا قعر آن اثر می کند و مقدار آن به صورت فشار قائم زمین ضرب در ضریب فشار جانبی خاک تعریف می گردد. همچنین بارهای استاتیکی وارده بر تونل مدل المان محدود دو بعدی در این مقاله، علاوه بر بار وزن پوسته ی پوشش، بارهای خطی قائم و افقی مستطیلی وارد بر جداره ی المان پوسته ی پوشش می باشند. در حالی که در مدل سه بعدی بار استاتیکی جانبی به صورت ذوزنقه ای در نظر گرفته شده است. مدل 3 بعدی این پژوهش شامل یک لوله به طول 40 متر از جنس پوسته بوده کهبا فنرهایی که نمایانگر سختی خاک یا سنگ پیرامون آن می باشند به طول دلخواه 0.1 متر به نقاط گیردار در فضای 3 بعدی به صورت مماسی و شعاعی متصل گردیده است و این فنرها نماینده ی اندرکنش پوشش تونل با خاک یا سنگ پیرامون آن می باشند. نتایج مدل 2 بعدی با 3 بعدی همخوانی داشته و تقریبا  به نتایج روابط تقریبی نزدیک می باشند. نتیجتا  می توان دریافت که افزایش تعداد فنرها و کاهش زاویه ی قوس بین فنرها ممکن است اندکی دقت نتایج را افزایش دهد؛ اما برای مقاصد طراحی می توان در عوض از تعداد کمتری فنر اما با اعمال ضریب اطمینانی بیشتر بهره جست زیرا از پیچیدگی مدل کاسته شده و در زمان محاسبات صرفه جویی می شود.

واژه های کلیدی:

المان محدود ، روابط تقریبی ، پوسته ، ذوزنقه ای ، ضریب اطمینان.

نویسندگان :

دکتر مرتضی اسماعیلی  ، دکتر سعید محمد زاده  ، کیهان محررزاده

پنجمین کنفرانس مکانیک سنگ ایران (1393)