تأثیر نوسانات فشار بر شکست هیدرولیکی در تونل‌های تحت‌فشار با روباره کم

نوع مقاله: مقاله کامل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

2 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

3 دانشیار، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان

چکیده

در تحقیق حاضر با استفاده از روش اجزای محدود، اندرکنش سیال، سازه و سنگ در تونل تحت فشاری با پوشش بتنی در حالت دوبعدی مدل‌سازی می­شود. سیال داخل تونل با استفاده از المان­های آکوستیک که قابلیت شبیه‌سازی فشار­های هیدرودینامیکی را دارند، مدل­سازی می­شود. با اعمال فشار در دو حالت پایدار و گذرا و درنظر گرفتن اندرکنش سیال و سازه، به بررسی نحوه ترک ­خوردگی سنگ اطراف پوشش به‌عنوان مستعدترین مکان برای بروز این پدیده مخرب پرداخته می­شود. برای تحلیل جریان سیال در دو حالت پایدار و گذرا از نرم‌افزار HAMMER استفاده می­شود. سپس بارگذاری­های هیدرولیکی، به‌منظور تحلیل تنش به نرم‌افزار ABAQUS انتقال داده می­شود. برای بررسی ترک­ خوردگی المان­های سنگ اطراف پوشش از معیار شکست موهر-کولمب استفاده می‌شود. با اعمال فشار آب به تونل در حالت پایدار، حداقل میزان روباره برای ترک­ نخوردن سنگ مورد ارزیابی قرار می­گیرد. در نهایت با تغییر روباره موجود در روی تونل به بررسی تأثیر افزایش ارتفاع روباره بر شکست هیدرولیکی، در صورت بروز جریان­های گذرا در داخل تونل پرداخته می­شود و نتایج در قالب نمودار­هایی ارائه می­شود. نتایج نشان می­دهد که در حالت جریان گذرا، افزایش روباره الزاماً راه­کاری ایمن برای جلوگیری از بروز پدیده مخرب شکست هیدرولیکی نیست.

کلیدواژه‌ها


اکبرزاده، پ. (1382). "تحلیل ضربه قوچ در نیروگاه­های آبی ایران به کمک برنامه­نویسی متلب". کنفرانس ملی نیروگاه‌های آبی ایران، تهران.

باقری، م،. و کاظمی، م. (1393). مدل‌سازی عددی سد­های بتنی وزرنی با استفاده از نرم­افزار ABAQUS، انتشارات سیمای دانش، تهران.

راهنمای طراحی سازه­ای تونل­های آب­بر، نشریه 309، سازمان مدریت و برنامه­ریزی کشور، 1384.

شهبازی، ر. و یکرنگ­نیا، م. (1393). راهنمای کاربردی آباکوس به همراه مسائل مهندسی عمران، انتشارات علم عمران، 1393.

صانعی­آرانی، م. (1391). "بررسی عوامل منجر به ترک خوردگی سگمنت تونل انتقال آب گلاب با نگرش ویژه به تنش‌های برجا"، پایان­نامه کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی معدن، دانشگاه صنعتی اصفهان.

فیروزآبادی، س.ص.، یزدانی، م. و شریف­زاده،م. (1390). "مطالعه عددی پدیده جکینگ هیدرولیکی در تونل­های تحت‌فشار با استفاده از روش عددی المان­های مجزا"، ششمین کنگره ملی مهندسی عمران، دانشگاه سمنان.

ABAQUS, Theory guide and manual, Release 12.6 ABAQUS, Inc. 2012.

Bae, G.J. (2004). “Evaluation of interfacial properties between rock mass and shotcrete”, International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, Vol. 41, pp. 106-112.

Bobet, A. and Nam, S.W. (2007). “Stresses around pressure tunnels with semi-permeable liner”, Journal of Rock Engineering , Vol. 40, No. 3, pp. 287-315.

Fernandez, G. and Alvarez, T. (1994). “Seepage induced effective stresses and water pressure around pressure tunnels”, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 120, No. 1, pp. 108-128.

Hachem, F. and Schleiss, A. (2009). “The design of steel-lined pressure tunnels and shafts”, International Journal on Hydropowerand Dams, Vol. 16, No. 3, pp. 142–151.

HAMMER, User gauide, Release 8 Bentley HAMMER  Inc., 2013.

Jaeger, J.C., Cook, N.G.W. and Zimmerman, R.W. (2007). Fundamentals of Rock Mechanics, 4th Edition, Blackwell Publishing, USA.

Olumide, B.A. and Marence, M. (2012). “Finite element model for optimum design of plain concrete pressure tunnels under high internal pressure”, International Journal of Engineering and Technology, Vol. 2, No. 4, pp. 676-683.

Schleiss, A.J. (1986). “Design of pervious pressure tunnels”, International Journal of Water Power and Dam Construction, Vol. 38, No. 5, pp. 21-26.

Simanjuntak, T.D.Y.F., Schleiss, A.J., and Mynett, A.E. (2014). “Pressure tunnels in non-uniform in situ stress conditions”, Journal of Tunneling and Underground Space Technology, No. 42, pp. 227-236.

Zhou, Y., Su, K. and Wu, H. (2015). “Hydro-mechanical interaction analysis of high pressure hydraulic tunnel”, Journal of Tunnelling and Underground Space Technology, No. 47, pp. 28-34.