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

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 می شود. سیال داخل تونل با استفاده از المان های آکوستیک که قابلیت شبیه‌سازی فشار های هیدرودینامیکی را دارند، مدل سازی می شود. 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 می شود. برای تحلیل جریان سیال در دو حالت پایدار و گذرا از نرم‌افزار hammer استفاده می شود. سپس بارگذاری های هیدرولیکی، به‌منظور تحلیل تنش به نرم‌افزار abaqus انتقال داده می شود. برای بررسی ترک خوردگی المان های سنگ اطراف پوشش از معیار شکست موهرکولمب استفاده می‌شود. با اعمال فشار آب به تونل در حالت پایدار، حداقل میزان روباره برای ترک نخوردن سنگ مورد ارزیابی قرار می گیرد. در نهایت با تغییر روباره موجود در روی تونل به بررسی تاثیر افزایش ارتفاع روباره بر شکست هیدرولیکی، در صورت بروز جریان های گذرا در داخل تونل پرداخته می شود و نتایج در قالب نمودار هایی ارائه می شود. نتایج نشان می دهد که در حالت جریان گذرا، افزایش روباره الزاماً راه کاری ایمن برای جلوگیری از بروز پدیده مخرب شکست هیدرولیکی نیست.

Effects of Pressure Fluctuations on Hydraulic Jacking in Pressurized Tunnels with Low Overburden

In the present study, fluid, structure and soil interactions in a pressurized water tunnel were modeled by a twodimensional finite element method, using the “ABAQUS” software. The tunnel lining was considered as a roughening coverage to decrease the roughness coefficient and to increase the flow velocity. The mechanical parameters of surrounding rock were assumed as weak as possible compared to the tunnel concrete lining. Water flow inside the tunnel was modeled, using acoustic elements that are capable of simulating the hydrodynamic forces. Accordingly, the mechanism of crack development in the surrounding rock as the most probable place to prone this destructive phenomenon is studied applying both steady state and transient flow conditions, considering fluidstructure and rock interactions. Steady state and transient flow analyses were performed using the “HAMMER” software. The resulting loads obtained from the hydraulic analyses by HAMMER software were transmitted to the ABAQUS software for structural analyses. The stress analysis of cracked elements of the surrounding rock was carried out based on MohrCoulomb fracture criterion. The least values of the overburden to prevent failure due to the hydraulic jacking were evaluated by imposing the flow pressure in both steady and transient flow states. Finally, the effects of increasing height of the overburden on the hydraulic jacking phenomenon were investigated considering transient flow conditions. Results indicate that, with respect to the positions of surrounding rock elements, providing an extra overburden over the tunnel is not essentially a safe solution for the predication of hydraulic jacking phenomenon in rock around a tunnel.