ارزيابي رفتار سازه‌هاي زيرزميني تحت بار انفجار بر مبناي سرعت بيشينه ذرات

Analysis of Underground Tunnels in Explosion Loading Based on Peak Particle Velocity

تونل‌هاي زيرزميني نقش مهمي در محافظت از تاسيسات مهم در برابر نيروهاي مختلف از جمله انفجار ايفا مي‌كنند. انفجارهاي سطحي و نفوذي مي‌توانند سربار تونل و يا محيط در برگيرنده تونل را به زوال برسانند و بار زيادي را به پوشش تونل وارد نمايند. بنابراين جهت دوام تونل مي‌بايست بار انفجار در طراحي تونل در نظر گرفته شود تا بتواند بار حاصل از خرابي خاك و سنگ اطراف را تحمل كند. يكي از معيارهاي پر كاربرد براي ارزيابي شكست تونل و سازه‌هاي زيرزميني، سرعت بيشينه ذرات مي‌باشد. در اين مقاله، اين معيار جهت بررسي رفتار تونل‌هاي زيرزميني تحت اثر انفجار سطحي استفاده شده است. در اين راستا، با استفاده از شبيه‌سازي عددي رفتار تونل‌هاي با سطح مقطع مستطيلي و نعل اسبي تحت اثر انفجار سطحي مورد بررسي قرار مي گيرد. براي شبيه‌سازي از نرم‌افزار LSDYNA استفاده شده است. در ادامه با مقايسه سرعت بيشينه ذرات و تغيير مكان در مركز سقف و تنش فون مايزز در المان تاج تونل براي مقاطع نعل اسبي و مستطيلي اثر شكل مقطع بر رفتار تونل تحت اثر انفجار بررسي مي شود. مشاهده مي‌شود، در صورتي كه ابعاد تونل‌ها يكسان در نظر گرفته شود، محيط دربر گيرنده تونل با مقطع مستطيل شكل مقاومت بيشتري نسبت به محيط دربر گيرنده مقطع نعل اسبي دارا مي‌باشد.

Underground tunnels, play an important role in protecting important installations from various forces including explosions. Surface and penetrating blasts could deteriorate tunnel surcharge, enveloping space and exerting a lot of load on the tunnel lining. Therefore, to withstand the blast, blast load should be taken into account in tunnel design, in such a way that the tunnel could bear the loading caused by devastation of surrounding soil and rock. One of the widely used criteria for assessing failure of tunnel and underground structures due to blast loads is “Peak Particle Velocity”. In the present paper, this criterion is employed in order to investigate the behavior of underground tunnels under blast load using of explicit dynamic nonlinear finite element software LSDYNA. Then, the effect of cross-section on tunnel under blast load is investigated by comparing the peak participle velocity parameter, displacement of center of roof and Von-Mises stress on the rectangular and horseshoe cross-section. It has been shown that, with equal dimension, the environment enveloping the rectangular cross-section possesses higher resistance than horseshoe cross section.