تأثیر وجود سنگ بستر بر ارتعاشات ناشی از خطوط زیرزمینی در تونل‏های تک و دوقلو

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری دانشگاه علم و صنعت ایران

2 دانشکده مهندسی راه آهن دانشگاه علم و صنعت ایران

3 دانشگاه علم و صنعت- دانشکده مهندسی راه اهن

چکیده

یکی از پارامترهای تأثیرگذار بر ارتعاشات ناشی از خطوط زیرزمینی، وجود سنگ بستر زیر لایه خاکی است. امواج منتشر شده از تونل با رسیدن به مرز لایه بستر و بازگشت مجدد آنها به داخل لایه بالایی باعث تغییر در پاسخ محیط می­شود. در این مقاله، با استفاده از مدل­های المان محدود دوبعدی با در نظر گرفتن لایه خاکی بالای سنگ بستر، به بررسی تأثیر این پارامتر بر ارتعاشات رسیده به سطح زمین در تونل­های تک و دوقلو پرداخته شده است. با در نظر گرفتن مدول­های الاستیسیته مختلف در محدوده مدول الاستیسیته خاک و سنگ برای لایه بالایی و سنگ بستر، تأثیر این پارامتر بر ارتعاشات دریافت شده در سطح زمین تعیین شده است. در نهایت، با افزایش عمق سنگ بستر، تأثیر آن در عمق­های مختلف بررسی شده و با استفاده از پوش رسم شده، تأثیر آن در فواصل مختلف از تونل نشان داده شده است. نتایج نشان می­دهد که مدول الاستیسیته خاک لایه بالایی نسبت به مدول الاستیسیته سنگ بستر تأثیر بیشتری بر نتایج تعیین شده دارد. برای تونل تک و تونل­های دوقلو، تأثیر وجود سنگ بستر در فواصل دور بیشتر بوده و باعث تغییر نتایج به دست آمده در بالای تونل و در فاصله 30 متری از تونل به ترتیب حدود dB2 و dB7 نسبت به محیط هموژن می گردد. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Bedrock effects on ground-borne vibrations induced by single and twin railway tunnels

نویسندگان [English]

  • ramin heidary 1
  • morteza esmaeili 2
  • Morteza Gharouni Nik 3
1 Ph.D. Candidate in the Department of railway at Iran University of Science and Technology
2 School of Railway Engineering Iran University of Science and Technology (IUST)
3 School of Railway Eng. IUST Universitu
چکیده [English]

One of the parameters affecting the underground railway vibration is the existence of a bedrock under a soil layer. The wave that propagates from the tunnel is reflected when arrives on the bedrock and affects the ground surface responses. In this paper, the influence of the bedrock on the responses of the ground surface was investigated for single and twin tunnels through the 2D finite element models. The effect of different elastic modulus of top soil layer and bedrock as well as the influence of various bedrock's depths on the ground-borne vibration were studied, as well. The results show that the soil elastic modulus is more important than the bedrock elastic modulus. When the distance from the tunnel becomes longer, the existence of a bedrock under the tunnel has a significant influence on the ground responses. Determined Insertion Gain for the existence of the bedrock above the tunnel and 30m farther from the tunnel is respectively 2dB and 7dB. The obtained results are identical for both the single and twin tunnels.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bedrock
  • Twin tunnels
  • Underground railway vibrations
  • finite element method
Aiello, V., Boiero, D., D'Apuzzo, M., Socco, L. V. and Silvestri, F. 2008. “Experimental and numerical analysis of vibrations induced by underground trains in an urban environment”. Struct. Control Health Monit., 15(3): 315-348.

Chouw, N., Le, R. and Schmid, G. 1991. “Propagation of vibration in a soil layer over bedrock”. Eng. Anal. Bound. Elem., 8(3): 125-131.

Gazetas, G. 1983. “Analysis of machine foundation vibrations: State of the art”. Int. J. Soil Dyn. Earthq. Eng., 2(1): 2-42.

Hussein, M. F. M. 2004. “Vibration from underground railways”. Vol. 11, University of Cambridge.

Hussein, M. F. M., François, S., Schevenels, M., Hunt, H. E. M., Talbot, J. P. and Degrande, G. 2014. “The fictitious force method for efficient calculation of vibration from a tunnel embedded in a multi-layered half-space”. J. Sound Vib., 333(25): 6996-7018.

Jones, S. and Hunt, H. 2011. “Effect of inclined soil layers on surface vibration from underground railways using the thin-layer method”. J. Eng. Mech., 137(12): 887-900.

Kouroussis, G., Verlinden, O. and Conti, C. 2011. “Free field vibrations caused by high-speed lines: Measurement and time domain simulation”. Soil Dyn. Earthq. Eng., 31(4): 692-707.

Kuhlemeyer, R. L. and Lysmer, J. 1973. “Finite element method accuracy for wave propagation problems”. J. Soil Mech. Found. Div., 99(5): 421-427.

Liao, Z. P. 2002. “Introduction to wave motion theories in engineering”. Academic Press, Beijing, China, pp. 136-285. (In Chinese).

Lysmer, J. and Kuhlemeyer, R. L. 1969. “Finite dynamic model for infinite media”. J. Eng. Mech. Div., 95(4): 859-878.

Maslanyj, M. P. 1987. “Seismic bedrock depth measurements and the origin of George VI Sound, Antarctic Peninsula”. Bull. Brit. Antarct. Surv., 75: 51-65.

Roesset, J. M., Stokoe, I. I., Kenneth, H. and Seng, C. R. 1995. “Determination of depth to bedrock from falling weight deflectometer test data”. Transport. Res. Record, 1504.

Xu, Q., Xiao, Z., Liu, T., Lou, P. and Song, X. 2015. “Comparison of 2D and 3D prediction models for environmental vibration induced by underground railway with two types of tracks”. Comp. Geotech., 68: 169-183.

Xu, Q. Y., Ou, X., Au, F. T. K., Lou, P. and Xiao, Z. C. 2016. “Effects of track irregularities on environmental vibration caused by underground railway”. Eur. J. Mech.-A/Solids, 59: 280-293.

Yang, Y. B., Hung, H. H. and Hsu, L. C. 2007. “Ground vibrations due to underground trains considering soil-tunnel interaction”. Interac. Multiscale Mech., 1(1): 157-175.