بررسي پايداري جبههي حفاري تونل در محيط غير اشباع با روش تحليل حدي

Assessment of Tunnel Face Stability in Unsaturated Media Based on Limit Analysis Method

در اين پژوهش در چارچوب روش تحليل حدي، با بكارگيري يك مكانيسم گسيختگي سهبعدي با شكل اسپيرال لگاريتمي يكپارچه، پايداري جبههي حفاري تونل در محيط غير اشباع مورد بررسي قرار گرفته است. براي استخراج معادلات سينماتيك حاكم از يك معيار گسيختگي خاك غير اشباع استفاده شده است. پس از واردسازي پارامترهاي غير اشباع در معادلات حاكم و اكسترممسازي، يك مجموعه تحليلهاي پارامتري انجام شده است. بر اساس نتايج حاصل، مكش بافتي تاثير بسزايي در پايداري جبههي حفاري تونل دارد. با افزايش مكش بافتي، فشار حدي لازم براي تامين پايداري جبهه كاهش يافته كه اين موضوع ميتواند در موارد كاربردي، مد نظر مهندسين قرار گيرد. در انتها با شبيهسازي عددي مسيله، نتايج حاصل از روشهاي تحليل حدي و عددي مقايسه شده است. بر اساس نتايج بدست آمده روش تحليل حدي، هر چند كه روند گسيختگي براي هر دو روش شبيه است، فشار بيشتري را براي تامين پايداري جبههي حفاري پيشبيني ميكند. بعلاوه اثرات مكش موجب تغيير در شكل گوهي گسيختگي بخصوص در قسمت تاج ميشود.

In this research, in the framework of limit analysis method with consideration of a 3-D continuous failure mechanism, stability of tunnel excavation face in unsaturated media was studied. Governing kinematic equations were adapted for unsaturated conditions with introducing unsaturated form of Mohr Coulomb failure criteria. Afterward, a set of parametric analyses, in different form of suction distribution and tunnel geometry were performed. Based on obtained results, matric suction and its distribution considerably influence tunnel face stability. Therefore, increase in matric suction leads to decrease in limit pressure exerted on tunnel face. In the final section of paper, finite element numerical analyses in the same conditions of material and geometry were executed. The results indicate that limit analysis predict a limit pressure more than finite element method.