تحليل استاتيكي تونل‌هاي منفرد شهري در آبرفت درشت دانه با استفاده از روش اجزا مجزا

Static analysis of urban single tunnels in alluvial using discrete element method (DEM)

از نيازهاي شهرنشيني مدرن امروزي ساخت تونل‌هاي شهري (مترو و راه) است. بسياري از اين سازه‌ها در محيط‌هاي آبرفتي و سست شهري قرار دارند. در ساخت تونل‌هاي شهري مهم‌ترين معضلي كه با آن برخورد مي شود نشست‌هاي به وجود آمده در سطح زمين و تاثير آن بر سازه‌هاي سطحي است. علاوه بر اين كنترل جابه‌جايي‌هاي اطراف ناحيه حفاري به منظور تامين ايمني سازه تونل از اهميت زيادي برخوردار است. بنابراين تعيين دقيق جابه‌جايي‌هاي زمين هنگام ساخت تونل از ضروري‌ترين نيازهاي پروژه است. با توجه به اينكه خاك، يك محيط ناپيوسته متشكل از ذرات با اندازه‌هاي مختلف است، پس در اين پژوهش سعي شده است تا با استفاده از روش اجزا مجزا كه خاك را به صورت ذرات مجزا در نظر مي‌گيرد، آثار پارامترهاي هندسي مختلف تونل از قبيل قطر و عمق بر جابه‌جايي‌هاي زمين بررسي شود. بنابراين تحليل دوبعدي استاتيكي تونل با فرض كرنش صفحه‌اي و با استفاده از نرم افزارPFC2D كه بر پايه روش اجزا مجزا است، انجام شده، كه نتايج به دست آمده با نتايج حاصل از نرم افزار PLAXIS2D كه بر اساس روش اجزا محدود است و همچنين داده‌هاي صحرايي و حل تحليلي مقايسه شده است. نتايج بيانگر دقت بيشتر روش اجزا مجزا نسبت به روش اجزا محدود به خصوص در اعماق سطحي و همچنين مدل سازي بهتر تغييرات سربار است.

Construction of urban tunnels (metro and transportation) is an integral part of the infrastructure of modern urban. Most of urban tunnels are located in alluvium. Major problem in construction of urban tunnels is settlement at the ground surface and its influence on buildings together the control of deformations around excavation area. Therefore, the accurate prediction of deformations is an important factor in tunnels projects. Because of the discontinuum nature of soils, its modeling using conventional FEM based on continuum mechanics is not completely real. Hence, in this research, considering alluvium as discrete particles, the effects of tunnel parameters such as diameter, depth and shape (construction method) on the ground deformations is examined using DEM (Discrete Element Method). For this concern, using software PFC2D based on DEM, the static analysis of circular tunnels is done. The results of DEM are compared with respect to the FEM, field data and analytical results. The comparison shows the results of DEM are more accurate than FEM especially in shallow depths and it can model the surcharge effect of tunnel smoothly.