Науковий вісник НГУ

Вплив тріщинуватого матеріалу на стійкість тунелю (чисельне дослідження)

• 
• 

Рейтинг користувача:  / 0

ГіршийКращий 

Деталі

Категорія: Зміст №6 2022

Останнє оновлення: 28 грудня 2022

Опубліковано: 30 листопада -0001

Перегляди: 1790

Authors:

Талеб Хосні Абдеррахман*, orcid.org/0000-0001-8942-9492, FIMAS Лабораторія надійності матеріалів і конструкцій, Університет Бешара, м. Бешар, Алжир; Кафедра цивільного будівництва та гідравліки, Інститут науки і технологій, Університетський центр Міла, м. Міла, Алжир, e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Гуеміді Ісмахене, orcid.org/0000-0002-0486-9622, Лабораторія надійності матеріалів і конструкцій, Університет Бешара, м. Бешар, Алжир; Університет Чадлі Бенджедід, м. Ель-Тарф, Алжир

* Автор-кореспондент e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

повний текст / full article

Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. 2022, (6): 059 - 067

https://doi.org/10.33271/nvngu/2022-6/059

Abstract:

Мета. Зрозуміти вплив тріщинуватого матеріалу на тунелі. Ці тунелі інфраструктури повинні бути безпечними в усіх відношеннях, включаючи будівництво, матеріали та інше. Одна із труднощів, з якою стикаються інженери, полягає в тому, що необхідно враховувати типи матеріалів, а також матеріал із тріщинами. У результаті, щоб забезпечити безпеку тунелю, нам важливо передбачати можливі опади, зміщення, напруги й деформації, викликані будівництвом тунелів у тріщинуватих середовищах.

Методика. Для даного чисельного дослідження використовувалося програмне забезпечення OPTUMG2, тунель моделювався з використанням гіпотези про двовимірну плоску деформацію за допомогою методу кінцевих елементів, що використовується для моделювання суцільних середовищ. Для моделювання пружнопластичної нелінійної поведінки цієї моделі використано критерій Мора-Кулона.

Результати. Отримані дані показують, що орієнтація площин ослаблення може мати значний вплив на стійкість тунелю. Так, було помічено, що 45 та 60° для кута ₁, а також 110 та 135° для другого кута ₂ являють собою найбільш критичні ситуації. Слід ураховувати вплив тріщинуватого матеріалу (ґрунту) на проекти цивільного будівництва, такі як проходження тунелів.

Наукова новизна. Стійкість тунелю визначається величиною переміщень (осідань), напруг і деформацій за наявності тріщин у навколишньому середовищі. У даній роботі ми змоделювали модель із різними кутами нахилу тріщин. Щодо орієнтації площини, для кута ₁ значення змінені на 0, 20, 45, 65 та 90°, другий кут ₂ змінювався від 110, 135, 155, 175 до 180°.

Практична значимість. Кількість тунелів та інфра-структурних проектів постійно збільшується. Це пов’язано з тим, що вони важливі для розвитку країн і прискорення економічного зростання, скорочення відстаней і часу в дорозі за рахунок з’єднання міських районів, в яких є природні перешкоди, такі як гори. Ми виявили, що площини орієнтації тріщин можуть мати великий вплив на стійкість тунелю. Так, було помічено, що 45 і 60° для першого кута та 110 і 135° для другого кута являють собою найбільш критичні ситуації.

Ключові слова: моделювання тунелю, тріщинуватий матеріал, метод кінцевих елементів, осадка ґрунту, програма OPTUMG2

References.

1. di Prisco, C., Peila, D., & Pigorini, A. (2022). Handbook on Tunnels and Underground Works (1^st ed.). CRC Press. ISBN 9781003256175.

2. Athar, M. F., Zaid, M., & Sadique, Md. R. (2019). Stability of Different shapes of Tunnels in Weathering Stages of Basalt. In Proceedings: National Conference on Advances in Structural Technologies (CoAST-2019), NIT Silchar. India. Retrieved from http://www.nits.ac.in/conferences/CoAST_2019/CoAST_2019.html.

3. Khana, Z. A., Khana, Md. S., Sadiquea, M. R., Samantab, M., & Alama, M. M. (2021). Response of Twin Transportation Tunnel in Earthquake Loading: A Review 2021. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 796, 012044. https://doi.org/10.1088/1755-1315/796/1/012044.

4. Shah, I. A., & Zaid, M. (2020). Behavior of Underground Tunnel under Strong Ground Motion. In Proceedings of Indian Geotechnical conference 2020, December 17-19, 2020, (pp. 229-239). Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/348336923_Behavior_of_Underground_Tunnel_under_Strong_Ground_Motion.

5. Zaid, M., Irfan, S., & Farooqi, M. A. (2019). Effect of Cover Depth in Unlined Himalayan Tunnel: A Finite Element Approach. In Proceeding of 8th Indian Rock conference, Indian International Centre, New Delhi, India, 03–04 March 2019, (pp. 448-454). ISBN No. 81-86501-27-1.

6. Shahin, H. M., Nakai, T., Zhang, F., Kikumoto, M., & Nakahara, E. (2011). Behavior of ground and response of existing foundation due to tunneling. Soils and foundations, 51(3), 395-409.

7. Pakbaz, M. C., & Yareevand, A. (2005). 2-D analysis of circular tunnel against earthquake loading. Tunnelling and Underground Space Technology, 20(5), 411-417.

8. Mroueh, H., & Shahrour, I. (2003). A full 3-D finite element analysis of tunneling adjacent structures interaction. Computers and Geotechnics, 30(3), 245-253.

9. Hu, X., Fu, W., Wu, S., Fang, Yo., Wang, J., & He, Ch. (2021). Numerical study on the tunnel stability in granular soil using DEM virtual air bag model. Acta Geotechnica, 16, 3285-3300. https://doi.org/10.1007/s11440-020-01130-4.

10. Negro, A., & Queiroz, B.I.P. (2000). Prediction and performance of soft ground tunnels. In Geotechnical aspects of underground construction in soft ground, (pp. 409-418). Balkema, Tokyo, Japan.

11. Muniz de Farias, M., Junior, A. H. M., & Pacheco de Assis, A. (2004). Displacement control in tunnels excavated by the NATM: 3-D numerical simulations. Tunnelling and Underground Space Technology, 19(3), 283-293.

12. Do, N.-A., Dias, D., Oreste, P., & Djeran-Maigre, I. (2014). 2D Tunnel Numerical Investigation: The Influence of the Simplified Excavation Method on Tunnel Behaviour. Geotechnical and Geological Engineering, 32, 43-58.

13. Vermeer, P. A., Bonnier, P. G., & Möller, S. C. (2002). On a smart use of 3D-FEM in tunnelling. In International symposium; 8 ^th, Numerical models in geomechanics; NUMOG VIII, (pp. 361-366).

14. Liu, H. Y., Small, J. C., Carter, J. P., & Williams, D. J. (2009). Effects of tunnelling on existing support systems of perpendicularly crossing tunnels. Computers and Geotechnics, 36(5), 880-894.

15. Nogueira, C. D. L., de Azevedo, R. F., & Zornberg, J. G. (2011). Validation of Coupled Simulation of Excavations in Saturated Clay: Camboinhas Case History. International Journal of Geomechanics, 11(3), 5622. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0000077.

16. Yang, F., Zhang, J., Zhao, L., & Yang, J. (2015). Upper-bound Finite Element Analysis of Stability of Tunnel Face Subjected to Surcharge Loading in Cohesive-frictional Soil. KSCE Journal of Civil Engineering, 20, 2270-2279.

17. Zaid, M. (2021). Dynamic stability analysis of rock tunnels subjected to impact loading with varying UCS. Geomechanics and Engineering, 24(6), 505-518. https://doi.org/10.12989/gae.2021.24.6.505.

18. Zaid, M. (2021). Three-dimensional finite element analysis of urban rock tunnel under static loading condition: Effect of the rock weathering. Geomechanics and Engineering, 25(2), 99-109. https://doi.org/10.12989/gae.2021.25.2.000.

19. Sadique, M. R., Zaid, M., & Alam, M. M. (2022). Rock Tunnel Performance Under Blast Loading Through Finite Element Analysis. Geotechnical and Geological Engineering, 40, 35-56. https://doi.org/10.1007/s10706-021-01879-9.

20. Zaid, M., Sadique, Md. R., Alam, M. M., & Samanta, M. (2020). Effect of Shear Zone on Dynamic Behaviour of Rock Tunnel Constructed in Highly Weathered Granite. Geomechanics and Engineering, 23(3), 245-59. https://doi.org/10.12989/GAE.2020.23.3.245.

21. Zaid, M. (2021). Preliminary Study to Understand the Effect of Impact Loading and Rock Weathering in Tunnel Constructed in Quartzite. Geotechnical and Geological Engineering. https://doi.org/10.1007/s10706-021-01948-z.

22. Zaid, M., Sadique, M. R., & Alam, M. M. (2022). Blast Resistant Analysis of Rock Tunnel Using Abaqus: Effect of Weathering. Geotechnical and Geological Engineering, 40, 809-832. https://doi.org/10.1007/s10706-021-01927-4.

23. Zaid, M., & Shah, I. A. (2021). Numerical Analysis of Himalayan Rock Tunnels under Static and Blast Loading. Geotechnical and Geological Engineering, 39, 5063-5083. https://doi.org/10.1007/s10706-021-01813-z.

24. Wang, S., Qu, T., Fang, Y., Fu, J., & Yang, J. (2019). Stress responses associated with earth pressure balance shield tunneling in dry granular ground using the discrete-element method. International Journal of Geomechanics, 19(7), 04019060. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001434.

25. Zheng, X., Booker, J. R., & Carter, J. P. (2000). Limit analysis of the bearing capacity of fissured materials. International Journal of Solids and Structures, 37, 1211-1243.

26. Krabbenhoft, K., Lyamin, A., & Krabbenhoft, J. (2016). Optum computational engineering (OptumG2). Computer software. Retrieved from https://www. optumce.com.

• < Попередня
• Наступна >