مطالعه عددی اندرکنش تونل‌های زیر‌زمینی با گسل نرمال

در بسیاری از موارد، تونل‌ها به عنوان زیرساخت‌های حیاتی در حمل‌و‌نقل شهری در مناطق لرزه‌خیز و در مجاورت گسل‌ها احداث می‌شوند. در هنگام وقوع زلزله، در اثر جابجایی تفاضلی طرفین گسل، سطح زمین دچار گسیختگی شده و می‌تواند به سازه‌های زیرسطحی در مجاورت گسل خسارات جدی وارد سازد. بررسی زلزله‏های گذشته مانند زلزله‌های ترکیه و تایوان در سال 1999 نشان می‌دهدکه با اجتناب از ساخت و ساز در پهنه‌ی گسل نمی‌توان به‌طور کامل سازه‌ها را از تهدیدات ناشی از گسلش در امان داشت. بنابراین، درک درست مکانیزم‌های موجود در فرایند انتشار گسلش و اندرکنش آن با سازه‌های زیر‌سطحی می‌تواند در طراحی منطقی و کاهش خطرات ناشی از گسلش راهگشا باشد. در این تحقیق، پس از صحت‌سنجی مدل‏سازی عددی المان محدود abaqusبا نتایج مدل فیزیکی، به مطالعه اندرکنش گسل نرمال با تونل‌های زیر‌زمینی پرداخته می‌شود. تاثیر پارامترهای مختلف مانند موقعیت تونل نسبت به مسیر گسلش در حالت آزاد، عمق تونل، صلبیت تونل و زاویه گسل بر اندرکنش گسل و تونل بررسی می‌گردد. نتایج نشان می‌دهد که قرارگیری تونل در ناحیه برشی در خاک موجب انحراف مسیر گسلش می‌شود و مشخص شد که عمق مدفون تونل و قطر آن از پارامترهای موثر در گسترش ناحیه برشی در گسلش نرمال در خاک و تغییر‌شکل سطحی زمین است. مقایسه نتایج عددی بیانگر این است که میزان تغییرمکان سطحی در حالت گسل با زاویه 45 درجه نسبت به حالت 60 درجه بیشتر است.

Numerical study on interaction of normal fault with underground tunnels

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 subsurface 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 faulttunnel 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°.