توصيفگر ها :
فضاهاي زيرزميني , نشست سطحي , نرخ زمين از دست رفته , پارامترهاي ژئومكانيكي , فشار جبهه كار , نرم افزار FLAC3D
چكيده فارسي :
با توجه به رشد سريع جمعيت و مدرنسازي جوامع، نياز به توسعه زيرساختهاي شهري و بهويژه فضاهاي زيرزميني نظير تونلها بهشدت
افزايش يافته است. حفاري اين فضاها منجر به تغييرات تنش در توده سنگ و خاك ميشود كه ميتواند نشست سطحي را به همراه داشته
باشد. نشست سطحي تهديدي جدي براي سازههاي سطحي و زيرسطحي محسوب ميشود و به همين دليل، بررسي عوامل مؤثر بر اين پديده
از اهميت بالايي برخوردار است. نبود يك رابطه دقيق بين ميزان زمين از دسترفته و نشست سطحي، همواره يكي از چالشهاي اصلي در
طراحي و اجراي پروژههاي حفاري تونل بوده است. اين عدم قطعيت در پيشبيني نشست، ميتواند به خسارات جبرانناپذيري به سازههاي
سطحي و زيرسطحي منجر شود. از اينرو، پژوهش حاضر با هدف برقراري ارتباطي دقيقتر بين اين دو پارامتر، به مدلسازي عددي و تطبيق
آن با دادههاي ميداني روي آورده است. براي شبيهسازي رفتار زمين در حين حفاري، از نرمافزار FLAC3Dاستفاده شد. ابتدا، يك مدل
عددي اوليه با در نظر گرفتن مشخصات زمينشناسي و هندسه تونل ساخته شد. سپس، نتايج اين مدل با دادههاي واقعي صحرايي مقايسه
گرديد تا اعتبار آن سنجيده شود. در مرحله بعد، با بهرهگيري از روش طراحي آزمايش تاگوچي، 27مدل عددي مختلف ايجاد و تحليل
شدند. در هر مدل، نرخ زمين از دسترفته در بخشهاي مختلف تونل (جبههكار، سپر و دنباله) محاسبه و مجموع آنها به عنوان نرخ كل زمين
از دسترفته در نظر گرفته شد. با انجام تحليل حساسيت بر روي اين مدلها، تأثير هر يك از پارامترهاي ورودي بر نرخ زمين از دسترفته
مشخص گرديد. در ادامه، براي يافتن يك رابطه رياضي بين نرخ زمين از دسترفته و پارامترهاي مؤثر، از روش رگرسيون چندگانه استفاده
شد. نرمافزار Minitabبه عنوان ابزاري قدرتمند براي انجام اين تحليلها به كار گرفته شد. همچنين، با استخراج حداكثر نشست سطحي در
تمامي مدلها، رابطه بين نرخ زمين از دسترفته و نشست سطحي نيز با استفاده از رگرسيون خطي تعيين گرديد. طبق نتايج ، يك فرمول با
ضريب تعيين 0/93 براي محاسبه ميزان نرخ زمين از دست رفته بهدست آمد كه تمامي پارامترهاي مورد نظر به عنوان متغيرهاي مستقل در آن
حظور داشتند. تحليل نتايج حاصل از ضرايب رگرسيون بر روي مدلهاي عددي نشان داد كه پارامترهاي ژئومكانيكي خاك شامل مدول
الاستيك، چسبندگي، نسبت پواسون و زاويه اصطكاك داخلي همگي با نرخ زمين از دسترفته رابطه معكوس و در عين حال پارامترهاي
هندسي يعني قطر و ارتفاع روباره رابطه مستقيم دارند. پارامتر فشار جبههكار نيز كه به دليل رابطه مستقيم با ارتفاع روباره در مدلسازيها لحاظ
شده بود، با نرخ زمين از دسترفته رابطه معكوس داشت. همچنين، فرمولي با ضريب تعيين 0/81براي برقراري ارتباط بين ميزان نرخ زمين از
دست رفته و حداكثر نشست سطحي استخراج شد. نتايج اين فرمول نشان داد كه در صورتي كه ارتفاع روباره تونل ثابت باشد، افزايش ميزان
نرخ زمين از دست رفته منجر به افزايش نشست سطحي خواهد شد
چكيده انگليسي :
With the rapid growth of population and modernization of societies, the need for developing
urban infrastructure, especially underground spaces such as tunnels, has significantly
increased. Excavation of these spaces leads to stress changes in rock mass and soil, which
can result in surface settlement. Surface settlement poses a serious threat to both surface and
subsurface structures, and therefore, investigating the factors affecting this phenomenon is
of great importance. The lack of a precise relationship between the amount of ground loss
and surface settlement has always been one of the main challenges in the design and
construction of tunnel excavation projects. This uncertainty in predicting settlement can lead
to irreparable damage to surface and subsurface structures. Therefore, this research aims to
establish a more accurate relationship between these two parameters by using numerical
modeling and comparing it with field data. To simulate the behavior of the ground during
excavation, the FLAC3D software was used. Initially, a primary numerical model was
created considering the geological and geometric characteristics of the tunnel. Then, the
results of this model were compared with actual field data to assess its validity. In the next
step, using the Taguchi experimental design method, 27 different numerical models were
created and analyzed. In each model, the rate of ground loss in different parts of the tunnel
(face, shield, and tail) was calculated, and the sum of these rates was considered as the total
rate of ground loss. By performing sensitivity analysis on these models, the effect of each
input parameter on the rate of ground loss was determined. Furthermore, to find a
mathematical relationship between the rate of ground loss and the effective parameters,
multiple regression analysis was used. The Minitab software was used as a powerful tool for
performing these analyses. Additionally, by extracting the maximum surface settlement in
all models, the relationship between the rate of ground loss and surface settlement was also
determined using linear regression. According to the results, a formula with a determination
coefficient of 0.93 was obtained to calculate the rate of ground loss, which included all the
desired parameters as independent variables. The analysis of the results obtained from the
regression coefficients on the numerical models showed that the geomechanical parameters
of the soil, including elastic modulus, cohesion, Poisson's ratio, and internal friction angle,
all have an inverse relationship with the rate of ground loss, while the geometric parameters,
namely diameter and overburden height, have a direct relationship. The tunnel face pressure
parameter, which was also considered in the modeling due to its direct relationship with the
overburden height, had an inverse relationship with the rate of ground loss. Additionally, a
formula with a determination coefficient of 0.81 was obtained to establish a relationship
between the rate of ground loss and maximum surface settlement. The results of this formula
showed that if the tunnel overburden height is constant, an increase in the rate of ground loss
will lead to an increase in surface settlement.
