تحلیل حساسیت اثر بارگذاری دینامیکی بر فضاهای زیرزمینی بدون پوشش به روش عددی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی معدن و متالورژی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

3 دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران

چکیده

پرتابه زمین نفوذی سلاحی است که در وهله اول با هدف نفوذ در زمین و سپس انفجار در زیر زمین و آسیب رساندن به فضاها و تاسیسات زیرزمینی و مدفون طراحی و ساخته شده و از اینرو تهدیدی برای پایداری و امنیت فضاهای زیرزمینی محسوب می گردد. در این تحقیق، اثر پرتابههای زمین نفوذی انفجاری بر پایداری فضاهای زیرزمینی به روش شبیه سازی عددی بوسیله نرمافزار FLAC2Dبررسی و مطالعه می شود. با توجه به تاثیر متغیرهای متعدد بر این مسأله، تحلیل حساسیت روی پارامترهایی همچون عمق روباره، عرض دهانه حفاری و نسبت تنشهای زمین (تنش افقی به تنش قائم) صورت گرفت. اثر هرکدام از پارامترها بر میزان گسترش ناحیه خرابی در اطراف محل انفجار و فضای زیرزمینی و میزان تغییرشکل اطراف فضای زیرزمینی بررسی شد. بدین منظور، در مجموع حدود 40 مدل عددی تحلیل شده و نتایج موردنیاز استخراج گردید. با توجه به نتایج بدست آمده، با افزایش دهانه حفاری ناحیه خرابی گسترش پیدا کرده و با افزایش عمق حفاری و نسبت تنش افقی به قائم، کاهش پیدا می کند. همچنین مهمترین عاملی که پایداری فضای زیرزمینی را تحت تاثیر قرار می دهد، عمق آن می باشد به گونه ای که با افزایش عمق حفاری، میزان خرابی اطراف آن در برابر انفجار کاهش می یابد. بر اساس میزان تغییرشکل سقف فضای زیرزمینی وضعیت پایداری فضای زیرزمینی ارزیابی شده و اثر متغیرهای مختلف بر آن مورد بررسی قرار می گیرد. در نهایت مجموعه اطلاعات تحلیل حساسیت حاصل از نتایج مدل سازی عددی، توسط نرم افزار آماری SPSS بصورت یک نمودار طراحی ترسیم شده و رابطه آن نیز ارائه شد .

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Sensitivity Analysis of Un-lined Underground Spaces under Dynamic Loading using Numerical Methods

نویسندگان [English]

  • M. Rahimi Dizadji 1
  • A. Fahimifar 2
  • M. Jabbarzadeh 3
1 Faculty of Mining and Metallurgical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
3 Faculty of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده [English]

In this study, the effect of explosive penetrating projectiles on the stability of underground spaces is investigated through numerical simulation using FLAC2D software. Considering effect of numerous factors on this issue, sensitivity analysis on parameters such as depth of overburden, the width of opening and stress ratio (ratio of horizontal stress to vertical stress) was carried out. The effect of each parameter on the damage around the location of explosion and underground space and the amount of deformation around the tunnel was investigated. For this purpose, a total of more than 35 numerical model were built and the required results were extracted. According to the results, the damaged zone around the opening is extended with increasing of excavation width and it is reduced with increasing of depth and stress ratio. The most important factor that affects the stability of opening is the depth of overburden such that with increasing depth of opening, the damage affected by explosion is reduced surrounding the excavation. Based on the deformation of the opening roof, the stability has been assessed and the effect of various factors on it has been investigated. Finally, a mathematical equation based on the results of numerical modeling is provided using SPSS software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dynamic loading
  • Explosion
  • Underground Spaces
  • Numerical modeling
  • Rock Mechanics

مراجع

[1] J. T. Baylot, Parameters Affecting Loads on Buried Structures Subjected to Localized Blast Effects. Mississippi: US Army Corps of Engineers, (1992).
[2] Z., Yang. “Finite Element simulation of response of buried shelters to blast loadings”. Finite element in Analysis and Design, 24(3) (1997) 113-132.
[3] J. S. Castro, L. S. Bryson, N. K. Gambern, B.T. Lusk, Numerical modeling of subsurface blasting, 14th Pan-American Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering. Toronto: Canadian Geotechnical Society, (2011) 9.
[4] N. Nagy, M. Mohamed, J.C. Boot, Nonlinear numerical modeling for the effect of surface explosions on buried reinforces concrete structures, Geomechanics & Engineering, 2(1) (2010) 1-18.
[5] Y. Yang, X. Xie, R. Wang, Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion, Journal of Rock Mechanics & Geotechnical Engineering, 2(4), (2010) 373-384.
[6] C. Dowding, Construction Vibrations, New Jersey: Prentice-Hall, (1996).
[7] Y. Wu, J. Hao, Y. Zhou, K. Chong, Propagation Characteristics of blast-induced shock waves in a jointed rock mass, Soil Dynamics & Earthquake Engineering, 17(6) (1998) 407-412.
[8] G. R. Teripathy, I. D. Gupta, Prediction of Ground Vibrations due to Construction Blasts in different Types of Rock, Rock Mechanics & Rock Engineering, 35(3) (2002) 195-204.
[9] R. Sherman, Guided Bomb Unit-28 (GBU-28), FAS Military Analysis Network: http://www.fas.org, (1991).
[10] T. Zhao, Conventional Counterforce Strike: An Option for Damage Limitation in Conflicts with Nuclear Armed Adversaries Science & Global Security: The Technical Basis for Arms Control, Disarmament, and Nonproliferation Initiatives, (2011) 195-222.
[11] L. Gronlund, D. Wright, R. Nelson, Earth Penetrating Weapons, Nuclear Weapons & Global Security: http:// www.ucsusa.org (2005)
[12] E. C. Branscome, A Multidisciplinary Approach to the Identifcation and Evaluation of Novel Concepts for Deeply Buried Hardened Target Defeat, Georgia Institute of Technology, (2006).
[13] Y. Lu, Z. Wang, C. K, A comparative study of buried structures in soil subjected to blast using 2D and 3D numerical simulations, Solid Dynamics & EarthquakeEngineering, 25(4) (2005) 275-288.
[14] U. A. Station, Fundamental of Protection design for conventional weapons. Washington D.C., Vicksburg, (1986).
[15] L. Haibo, X. Xiang, L. Jianchun, Z. Jian, L. Bo, L. Yaqun, Rock damage control in bedrock excavation for a nuclear power plant, Int. J. of Rock Mechanics & Mining Sciences, 48(2) (2011) 210-218.
[16] S. O. Olofsson, L. Rosengren, G. Svedbjork, Modeling of ground-shock wave propagation in soil using FLAC. Numerical modeling in geomechanics, (1999) 401-406.
[17] A. Yassaghi, H. Salari-Rad, Squeezing rock conditions at an igneous contact zone in the Taloun tunnels; TehranShomal freeway Iran: a case study, Int. J of Rock Mechanics & Mining Sciences, 42(1) (2005) 95-108.
[18] E. Hoek, P. Marinos, Hoek's corner, http://www. rockscience.com/education/hoeks_corner/published_ papers, (2000).
[19] B. H. Brady, E. T. Brown, Rock Mechanics for underground mining, third edition. Dordrecht: Springer. (2004)
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 50، شماره 2
خرداد و تیر 1397
صفحه 377-390

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار