مدل‌سازی فیزیکی تونل کم عمق در خاک دانه‌ای سست با سطح زمین شیب‌دار

پیش بینی جابه‏جایی های سطحی و زیرسطحی در عملیات حفاری فضاهای زیرزمینی یک امر حیاتی در راستای ایمنی و برنامه‏ریزی حوادث احتمالی است. مدلسازی فیزیکی بدلیل انجام مدلسازی در یک محیط واقعی و همچنین با استفاده از مواد طبیعی نقش بسیار مهمی در این زمینه بخصوص در زمین های نرم ایفا کرده است. این پژوهش نتایج یک سری مدلسازی فیزیکی حفرتمام مقطع تونل در اعماق کم خاکهای ماسه ای، در شرایط شیبدار بودن سطح زمین، را ارائه میکند. استفاده از صفحات شفاف در ساخت محفظه‏ی این مدل اجازه‏ی عکسبرداری از جابجایی های خاک در هنگام حفر تونل را میسر کرده است. با توجه به این امکان، از آنالیز تصویری به منظور ثبت جابجایی های خاک و نشست سطح زمین استفاده شده است. نتایج آزمایش ها در این پژوهش حاکی از آن است که در صورت شیبدار بودن سطح زمین بالای تونل، منحنی نشست سطح نامتقارن بوده و سطح شکست ایجاد شده در بالادست شیب به صورت دوخطی با زاویه شیب‌های متفاوت ظاهر می شود. گرچه حتی با وجود سطح شیبدار حداکثر نشست سطح در راستای تاج تونل اتفاق می‌افتد، اما در عمق یکسان تونل، مقدار نشست برای سطح زمین شیبدار حدود 25 درصد بیشتر از حالت سطح زمین افقی است. براساس کنتورهای جابجایی، محدوده تخریب شده در اطراف تونل به دو ناحیه نزدیک تونل و ناحیه نزدیک به سطح زمین تقسیم بندی شد. در ناحیه نزدیک تونل، شیب دیواره مرز تخریب در بالادست شیروانی حدود 10 درجه کمتر از دیواره مرز تخریب در پایین دست شیروانی بوده که نشان از گستردگی بیشتر محدوده تخریب به سمت بالادست شیروانی دارد. در ناحیه نزدیک به سطح زمین، شیب دیواره مرز تخریب مستقل از عمق تونل بوده و در همه مدل‌ها مقدار ثابت 54 درجه را نشان می‌دهد.

Physical Modeling of Shallow Tunnels in Loose Granular Soils with a Sloping Ground Surface

The prediction of the surface settlement and ground displacement due to the underground excavation is a key factor for the stabilization and planning to control probable incidents. Due to the real condition and natural modeling materials, physical modeling has critical role in this area. In this research, a series of physical model tests was conducted to study the influence of tunnel depth on the ground deformation and ground surface settlement in a loose sandy ground. Particle Image Velocimetry (PIV) technique was used, as a nondestructive image processing technique, to measure the ground deformation and surface settlement during the tunneling process. The results show that in case of a sloping ground surface, the settlement trough is asymmetric and the deformed zone and ground settlement in extended upward the slope. Although the maximum surface settlement still appeared along the crown of the tunnel, its value increased up the 25%, compared to a horizontal ground surface with a tunnel at the same depth. The deformed areas in the models were divided into two district portions; the deformed zone close to the tunnel and the deformed zone close to the ground surface. In the deformed zone close to the tunnel, in general, the dip of the boundary increased with an increase of the tunnel depth. Moreover, the lower side boundary was about 10 degrees steeper that the upper side boundary. In the deformed zone close to the ground surface, the deformed boundary has an inclination of 54 degrees for all the models, independent of the tunnel depth. .