مطالعه عددی اندرکنش تونل های زیر زمینی با گسل نرمال

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

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

چکیده

در بسیاری از موارد، تونل ها به عنوان زیرساخت های حیاتی در حمل و نقل شهری در مناطق لرزه خیز و در مجاورت گسل ها احداث می شوند. در هنگام وقوع زلزله، در اثر جابجایی تفاضلی طرفین گسل، سطح زمین دچار گسیختگی شده و می تواند به سازه های زیرسطحی در مجاورت گسل خسارات جدی وارد سازد. بررسی زلزله های گذشته مانند زلزله های ترکیه و تایوان در سال 1999 نشان می دهد که با اجتناب از ساخت و ساز در پهنه گسل نمی توان به طور کامل سازه ها را از تهدیدات ناشی از گسلش در امان داشت. بنابراین درک درست مکانیزم های موجود در فرایند انتشار گسلش و اندرکنش آن با سازه های زیر سطحی می تواند در طراحی منطقی و کاهش خطرات ناشی از گسلش راهگشا باشد. در این تحقیق پس از صحت سنجی مدلسازی عددی المان محدود ABAQUS با نتایج مدل فیزیکی، به مطالعه اندرکنش گسل نرمال با تونل های زیر زمینی پرداخته می شود. تأثیر پارامترهای مختلف مانند موقعیت تونل نسبت به مسیر گسلش در حالت آزاد، عمق مدفون تونل، صلبیت تونل و زاویه شیب گسل بر اندرکنش گسل نرمال و تونل بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد قرارگیری تونل در زون برشی در خاک موجب انحراف مسیر گسلش می شود و مشخص شد عمق مدفون تونل و قطر آن از پارامترهای مؤثر در گسترش زون برشی در گسلش نرمال در خاک و تغییر شکل سطحی زمین هستند. مقایسه نتایج عددی بیانگر این است که میزان تغییر مکان سطحی در حالت گسل با زاویه 45 درجه نسبت به حالت 60 درجه بیشتر است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study on interaction of normal fault with underground tunnels

نویسندگان [English]

  • Sadegh Ghavami 1
  • Alireza Saeedi Azizkandi 1
  • Mohammad Hasan Baziar 1
  • Hamid Jahanbakhsh 2
1 School of Civil Engineering, Iran University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 Dept. of Civil and Environmental Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In many cases, tunnels that are considered critical underground infrastructure for urban transportation are built in high seismicity areas and active fault zones. Fault displacements during earthquakes may interact with sub-surface structures leading destructions. Recent earthquakes, such as the 1999 earthquakes in Turkey and Taiwan, revealed that by avoiding construction in the fault zone, the structures are not completely safe for fault threats. Therefore, it is necessary to evaluate the interaction mechanism between structures and fault rupture for effective design to reduce the hazards associated with surface faulting. Verified finite element modeling is used in this study to investigate normal fault-tunnel interaction. The effect of different parameters such as horizontal tunnel distance relative to rupture path in free field condition, tunnel depth, tunnel rigidity, and fault angle on fault–tunnel interaction are studied. The results indicated that the tunneling in the path of fault rupture causes a diversion of rupture path. The burial depth of the tunnel and its diameter are effective parameters in the propagation of the shear zone in the sand layer and surface deformations. With increasing the tunnel depth, the rupture path inclines more, and the shear zone is extended over a wider area. Comparison of numerical results demonstrated that surface displacement in normal fault of dip angle 45° is higher than 60°.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Normal fault
  • Underground Tunnels
  • Interaction
  • Numerical modeling