تحلیل پایداری تونل ها با در نظر گرفتن نیروی وزن و سختی پوشش

در ترسیم منحنی های روش همگرایی-همجواری برای تونلها همگرایی دیواره جانبی، سقف و کف ممکن است متفاوت باشد. دلیل آن وزن توده سنگ ناحیه پلاستیک یا گسیخته شده پیرامون تونل است. در این مقاله یک روش نیمه تحلیلی برای استخراج منحنی های پاسخ زمین و مشخصه پوشش برای یک تونل دایره‌ای حفاری شده در توده سنگ الاستوپلاستیک با رفتار کرنش نرم شونده ارائه می‌شود. در روش ارائه شده از معیار تسلیم و تابع پتانسیل پلاستیک مورکولمب برای توده سنگ استفاده می‌شود. شرایط متقارن محوری فرض می‌شود تا تاثیر وزن ناحیه پلاستیک بررسی شود. وزن توده سنگ پلاستیک به شکل یک نیروی گسترده شعاعی در نظر گرفته می‌شود. این نیرو در امتداد های مختلف مقدار متفاوتی دارد. دو دیدگاه متفاوت پوشش انعطاف‌پذیر و پوشش انعطاف‌ناپذیر برای مدلسازی پوشش بتنی و اعمال سختی آن ارائه می‌شود. در دیدگاه پوشش انعطاف‌پذیر تاثیر پوشش به صورت یک فشار یکنواخت داخلی در نظر گرفته می‌شود که به سطح داخلی توده سنگ وارد میشود و در دیدگاه پوشش انعطاف‌ناپذیر پوشش به شکل یک استوانه جدار ضخیم الاستیک در نظر گرفته می‌شود. با ترکیب این دو دیدگاه میتوان اثر سختی پوشش را اعمال نمود. معادلات حاکم را نمی‌توان به صورت تحلیلی حل نمود، بنابراین از روش تفاضل محدود برای حل آنها استفاده می‌شود. از چندین مثال مشروح برای نشان دادن کارایی روش ارائه شده و بررسی بار گرانشی استفاده می‌شود. نتایج بدست آمده با روش ارائه شده نشان می‌دهد که بار گرانشی بر پایداری تونل بسیار موثر است به خصوص در شرایطی که ناحیه پلاستیک بزرگی پیرامون تونل شکل بگیرد.

STABILITY OF TUNNELS CONSIDERING THE GRAVITY LOADING AND THE LINING STIFFNESS

In deriving the convergence –confinement method curves for a tunnel, convergences of side wall, roof and floor may be different, because of the weight of the failed or plastic rock mass. In this paper, a semianalytical method of the ground response curve and the lining characteristic curve for a tunnel excavated in an elastoplastic strainsoftening rock mass, considering axialsymmetric condition, is proposed to study the effects of the weight of the plastic or failed region developed around tunnels. In the proposed method, Mohr–Coulomb yield criterion and plastic potential function are used for the ground medium. The gravity loading is considered as a radial body force being applied to the ground medium which is not the same for different directions. Two flexible and inflexible lining theories are presented for considering the concrete lining stiffness. In flexible lining theory, the influence of the lining is considered as a uniform internal pressure; while, inflexible lining theory, the lining is taken as a thickwalled cylinder. By combining these two theories the concrete lining stiffness can be modelled. The derived differential equations cannot be integrated analytically; thus, they are solved by invoking finite difference approximations. Several illustrative examples are given to demonstrate the performance of the proposed method and to examine the effects of the gravity loads. The results obtained by the proposed method show that the gravity loads may affect the tunnel convergence, especially when the plastic zone is wide.