شکل (۲-۶) مود های تغییر شکلی تونل تحت امواج لرزه ای
مطابق شکل فوق انتشار امواج مورب، قسمت های مختلف از سازه را در معرض جابجایی های غیر هم فاز قرار می دهد. که نتیجه آن فشردگی محوری و بازتاب موج در طول سازه است. بطور کل دامنه جابجایی های بزرگتر با دامنه طول موج های بزرگتر وابسته است، در صورتی که انحناء های بیشینه بوسیله طول موج های کوتاهتر با دامنه جابجایی نسبتاً کوچک ایجاد می شوند.(هاشاش و همکاران، ۲۰۰۱)[۴]
۲-۵- روش های تحلیل لرزه ای تونل ها و سازه های زیرزمینی
روش های تحلیل لرزه ای سازه های زیرزمینی عبارتند از:
روش های تجربی
روش مدل فیزیکی
روش های حل معادلات دیفرانسیل
تحلیل های شبه فیزیکی
روش تنش دینامیکی زمین
روش های عددی
در روش های تجربی با بهره گرفتن از تجربیات رویدادهای گذشته معیارهایی مطرح می شود که علاوه بر عدم اطمینان بالا، در بسیاری از موارد محافظه کارانه است.
در روش مدل فیزیکی سعی می شود تا وضعیتی را که سازه در طبیعت تحت تأثیر امواج لرزه ای با آن روبرو خواهد شد، در آزمایشگاه شبیه سازی شود. اما این روش بدلیل پر هزینه بودن و مشکلات زیاد چندان مورد استفاده قرار نمی گیرد.
در روش حل معادلات دیفراسیل بر اساس تئوری انتشار امواج در لایه های همگن، ایزوتروپ و الاستیک استوارند. این روش رفتار سازه را به دو صورت میدان آزاد و اندر کنش خاک و سازه در نظر می گیرد. در روش میدان آزاد سازه بطور همزمان و هم اندازه با محیط اطراف جابجا می شود. ولی در روش اندر کنش خاک و سازه، مدل بطور همزمان و هم اندازه با محیط اطراف جابجا نمیشوند که این اختلاف جابجایی باعث اندر کنش بین خاک و سازه می شود. در روش شبه استاتیکی نیروی زلزله به نیروی استاتیکی معادل تبدیل شده و به سازه اعمال می شود.
روش تنش دینامیکی زمین، به وسیله تعدادی از مهندسین برای ارزیابی تونل های جعبه ای (مستطیلی) زیر زمینی پیشنهاد شده است. نظریه اصلی برای مشخص کردن افزایش فشار جانبی زمین به علت زمین لرزه در نظریه مونونوبه- اوکابه بیان شده است. این روش یک حالت پیچیده توزیع تنش های نرمال را در امتداد سطح بیرونی سازه، در نظر میگیرد. کمی کردن این نیروهای خارجی به تحلیل دینامیکی خاک سازه نیاز دارد. در این روش فرض می شود که بارهای زمین لرزه باید بوسیله نیروهای اینرسی خاک در بر گیرنده سازه ایجاد شوند و تنش دینامیکی زمین، با توجه به وابستگی آن به مشصات خاک و ضرایب زلزله مشخص می شود.
کامل ترین روش در تحلیل دینامیکی استفاده از تحلیل های عددی و مدل سازی المان محدود است. در این روش ابتدا با تحلیل استاتیکی شرایط تنش و تغییر مکان در هنگام زلزله ایجاد می شود و با اعمال زلزله بیشترین شباهت به شرایط طبیعی پدیده شبیه سازی می شود. در تحلیل دینامیکی بعد از مدل سازی سازه و مشخص شدن تعداد المان ها و گره ها، یک بار تحلیل استاتیکی انجام می شود و سازه برای ورود موج به درون آن آماده میگردد. در این لحظه بار، در گام های زمانی به مدل اعمال گردیده و با حل شدن معادله ناشی از حرکت موج در مدل، تحلیل دینامیکی انجام می شود. (محمدرضا مؤمنزاده و همکاران،۱۳۹۲)
۲-۶- تحلیل های دینامیکی انجام شده در مورد سازه های زیرزمینی
در ادامه به چند مطالعه در مورد تحلیل دینامیکی سازه های زیرزمینی پرداخته می شود.
۲-۶-۱- مقایسه بین رفتار لرزه ای تونل های دوقلو و تکی با در نظر گرفتن اندر کنش خاک سازه
۲-۶-۱-۱- مشخصات مصالح و هندسه خاک و تونل
مدل سازی سیستم خاک و تونل در نرم افزار المان محدود ABAQUS توسط محمد رضا مؤمن زاده و همکاران در سال ۱۳۹۲ انجام شده است. مشخصات سازه تونل به صورت خطی و الاستیک و مشخصات خاک مورد بررسی مطابق مدل غیر خطی موهر کلمب در نظر گرفته شده است. مقطع تونل های دوقلو مانند تونل تکی، با فاصله ۱۰ متر از یکدیگر مدل سازی شده اند. هندسه تونل مورد بررسی در شکل (۲-۷) آمده است.
شکل (۲-۷) هندسه پوشش تونل
| مدول الاستسیته (N/m2) | ضریب پواسون | جرم مخصوص (kg/m3) | ضخامت پوشش (m) | ارتفاع (m) | دهانه (m) |
| ۱۰۱۰×۵/۲ | ۲۵/۰ | ۲۲۵۰ | ۳۵/۰ | ۱۱/۸ | ۱/۱۰ |
جدول (۲-۱) مشخصات خاک مطابق مدل رفتاری موهر کلمب
مشخصات خاک استفاده شده در این تحلیل در جدول (۲-۱) و مشخصات پوشش تونل در جدول (۲-۲) آمده است.
جدول (۲-۲) مشخصات پوشش تونل
| زاویه اتساع | چسبندگی (kn/m2) |
