مدلسازی عددی سه‌بعدی اندرکنش گسل شیب‌لغز و تونل با پوشش بتنی

در این مقاله تاثیر جابه‌جائی گسل شیب‌لغز معکوس بر تونلی عمود بر خط گسل در پلان با نرم‌افزار اجزای محدود پلکسیس سه‌بعدی مطالعه ‌شده‌ و اثر زاویه گسل، نوع خاک منطقه و عمق قرارگیری تونل بر مسیر انتشار گسلش، نمودارهای جابه‌جائی سطح خاک و تغییر شکل و نیروهای وارد بر پوشش تونل ارائه شده‌اند. نتایج تحلیل‌ها نشان می‌دهد که تونل باعث ایجاد نواحی تمرکز کرنش در خاک زیر خود و تا حد زیادی مانع از رسیدن جابه‌جائی گسلش به لایه‌های خاک بالاسر خود (در محور تونل) شده، حال آنکه موجب بالازدگی نسبی خاک در دو طرف آن در سطح زمین می‌شود. علاوه بر آن در تونل عمیق‌تر، نیروی وارده بر پوشش تونل (نیروی محوری و لنگر خمشی) در اثر جابجائی گسل بیشتر است. همچنین با آنالیز حساسیت برای کاهش اثر مرز، نسبت ابعادی مناسب برای مدلسازی اندرکنش تونل و گسل پیشنهاد شده‌است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که نیروی محوری بخصوص در زوایای گسل ملایم به طول مدل حساس است حال آنکه لنگر خمشی در مدلسازی با ابعاد متعارف (4-5 برابر عمق لایه خاک) بطور مناسب قابل ارزیابی می‌باشد.

three-dimensional numerical modeling of interaction of dip-slip fault and tunnels with concrete lining

in this paper, the effect of reverse dip-slip fault movement on a tunnel, being perpendicular to the fault plane in plan view, is modeled numerically with finite-element software, plaxis 3d and the effect of factors such as fault dip angle, soil type and tunnel’s depth on “fault rupture path”, “ground surface displacements” and “deformation and forces in the tunnel lining” is presented. the results indicate that the presence of tunnel gives rise to zones of stain localization in the soil underneath the tunnel and somewhat prevents the rupture zone to reach the ground surface on its top (centerline of the tunnel) whereas it causes relative uplift on the ground surface on both sides. moreover, in deeper tunnels, the impact of faulting on lining forces is more pronounced. furthermore, to reduce the influence of the outer boundaries, performing sensitive analysis, appropriate dimensions are recommended for modeling the interaction of fault and tunnel. it is shown that axial force, especially in mild fault dip angles, is very sensitive to model length while bending moment can be correctly estimated by typical modeling dimensions (i.e., model length 4-5 times the soil layer height).