مکانیزم عمل دیوارهای آب بند در کاهش آپلیفت سازه های زیرزمینی بزرگ
چکیده
آپلیفت سازه‌های زیرزمینی بزرگ در خاک‌های با قابلیت روانگرایی اشباع تحت بارهای زلزله قوی ممکن است صدمات زیادی را به سازه‌های وارد کند. روش‌های کاهنده مختلفی برای کم کردن چنین صدماتی پیشنهاد شده است که در بین آن‌ها نصب دیوارهای آب¬بند در جوار سازه‌های زیرزمینی موثر است. با این حال، مکانیزم عمل دیوارهای آب¬بند در کاهش آپلیفت سازه‌های زیرزمینی و پارامترهای طراحی مربوطه همچنان شفاف نیست. رفتار آپلیفت ناشی از روانگرایی یک تونل مترو در یک آبرفت شنی اشباع در بالای یک لایه خاک غیر روانگرا و مکانیزم عمل دیوارهای آب¬بند به منظور کاهش آپلیفت با استفاده از کد المان محدود دینامیک جفت شده کامل DIANA Swandyne-II بررسی شده است. یک مدل پلاستیسیته کلی که قادر به شبیه سازی روانگرایی چرخه ای و وابستگی فشار خاک است، برای مدلسازی ته نشینی ماسه ای استفاده شده است. دریافتیم که وزن واحد موثر کوچک سازه‌های زیرزمینی، افزایش فشار منفذی مازاد و جریان خاک‌های روانگرا شرایط لازم و کافی برای آپلیفت سازه‌های زیرزمینی در طول زلزله است. دیوارهای آب¬بند می‌توانند از جاری شدن یا تغییرشکل خاک‌های روانگرا جلوگیری کند و مانع آپلیفت سازه‌های زیرزمینی می‌شود اما نمی‌توانند لزوما از روانگرایی خاک‌های محصور شده جلوگیری کنند. بعد از بارگذاری زلزله، سازه‌های زیرزمینی ممکن است به دلیل تحکیم خاک دچار نشست شوند و دیوارهای آب¬بند می‌توانند بزرگای نشست را کاهش دهند. پارامترهای طراحی دیوارهای آب¬بند، ازجمله فشار جانبی فعال، موقعیت، سختی و نفوذپذیری دیوارهای آب¬بند نیز تحلیل شدند، و یافته‌های آن‌ها همراه با مکانیزم عمل آشکار شده، می‌توانند برای طراحی دیوارهای آب¬بند به منظور کاهش آپلیفت، مرتبط است.
1. مقدمه
سازه‌های زیرزمینی در خاک‌های روانگرای اشباع ممکن است در معرض آسیب‌های شدید در طول وقوع زلزله قرار می‌گیرند. یکی از دلایل این امر آپلیفت یا حتی شناوری سازه‌های زیرزمینی ناشی از روانگرایی خاک است. تونل‌های مترو یا خطوط زیرزمینی، برای مثال، ممکن است در معرض بار برشی بسیار بزرگ قرار می‌گیرند اگر بخشی از تونل یا خطوط لوله در خاک‌های روانگرا قرار داشته باشند و مستعد آپلیفت باشند در حالیکه دیگر بخش‌ها در خاک‌های غیر روانگرا باشند. بار برشی ممکن است بسیار بزرگ تر از مقاومت برشی سازه‌های زیرزمینی باشد. آپلیفت ناشی از روانگرایی خاک لوله‌های زیرزمینی در طول زلزله‌های قوی از زلزله نیگاتا و زلزله آلاسکا در سال 1964 دیده شد. چنین صدماتی در زلزله‌های بزرگ اخیر مثل زلزله لوما پریستا 1989، زلزله توهواوکی 1993، زلزله کوبه 1995، و زلزله تایوان 1999، ایجاد شده است. آپلیفت ناشی از روانگرایی سازه‌های زیرزمینی بزرگ را نیز می‌توان مشاهده کرد. گزارش شده است که برخی تونل‌ها در حین زلزله لوما پریستا 1989، مستعد شناوری بوده‌اند.
Abstract
The uplift of large underground structures in saturated liquefiable soils under strong earthquake loadings may induce severe damages to the structures. Various mitigation procedures have been proposed to alleviate such damage, among which installation of cutoff walls next to underground structures was found to be effective. However, the working mechanism of cutoff walls in alleviating uplift of underground structures and the corresponding design parameters are still not clear. The liquefaction induced uplift behaviour of a subway tunnel in saturated sandy deposit over a layer of non-liquefiable soils and the working mechanism of cutoff walls for uplift mitigation purpose were investigated using the fully coupled dynamic finite element code DIANA Swandyne-II. A generalized plasticity model capable of simulating both cyclic liquefaction and pressure dependency of soils was used to model the sandy deposit. It is found that the small effective unit weight of underground structures, the development of excess pore pressure and the flow of liquefied soils were the sufficient and necessary conditions for underground structures to uplift during earthquakes. Cutoff walls could restrain the flow or deformation of liquefied soils and inhibit the uplift of underground structures but they could not necessarily prevent the liquefaction of the enclosed soils. After earthquake loadings, underground structures might settle due to the consolidation of soils and cutoff walls could also reduce the magnitude of settlement. The design parameters of cutoff walls, including the acting lateral pressure, the position, the stiffness and the permeability of cutoff walls, were also analyzed, the findings of which, together with the unveiled working mechanism, would be relevant for the design of cutoff walls for uplift mitigation purpose.
1. Introduction
Underground structures in saturated liquefiable soils may be subjected to severe damages during earthquake. One of the reasons is the uplift or even floatation of underground structures due to soil liquefaction. Subway tunnels or underground pipelines, for example, may be subjected to very large shear load if part of the tunnels or pipelines are in liquefiable soils and prone to uplift while the other in non-liquefiable ones. The shear load may be much larger than the shear strength of the underground structures. The soil liquefaction induced uplift of underground pipelines during strong earthquake was observed as early as in 1964 Niigata Earthquake and Alaska Earthquake [1]. Such damages were found in many recent large earthquakes, such as 1989 Loma Priesta Earthquake [2], 1993 Hokkaido–Nansei–Oki Earthquake [3], 1994 Hokkaido– Toho–Oki Earthquake [4], 1995 Kobe Earthquake [5] and 1999 Taiwan Earthquake [6]. Liquefaction induced uplift of large underground structures can also be found. It was reported that some tunnels were prone to floatation during the 1989 Loma Priesta Earthquake [7].
چکیده
1. مقدمه
2. مدل المان محدود
2.1. مدل فیزیکی
2.2. مدلسازی مواد و مشخصات
2.3. شبکه المان محدود و شرایط مرزی
2.4. وارد کردن حرکات زلزله
3. مکانیزم آپلیفت و مکانیزم عمل دیوارهای آب بند
3.1. اثرات دیوارهای آب بند
3.2. اثرات دیوارهای آب بند تحت بزرگی‌های مختلف نوسانات زلزله
3.3 مکانیزم‌ها
4. پارامترهای طراحی دیوار
4.1. فشار فعال بر روی دیوارهای آب بند در حین زلزله
4.2. اثرات موقعیت‌های دیوارهای آب بند جانبی
4.3. اثرات مدول و ضخامت دیوار آب بند
4.4. اثرات نفوذپذیری دیوار آب بند
5. نتایج و بحث
Abstract
1. Introduction
2. Finite element model
2.1. Physical model
2.2. Material modeling and properties
2.3. Finite element mesh and boundary conditions
2.4. Input earthquake motion
3. Mechanism of uplift and working mechanism of cutoff walls
3.1. The effects of cutoff walls
3.2. The effects of cutoff walls under different magnitudes of earthquake excitation
3.3. The mechanisms
4. Design parameters of cutoff walls
4.1. The pressures acting on the cutoff walls during earthquake
4.2. The effects of lateral cutoff-wall locations
4.3. The effects of cutoff-wall modulus and thickness
4.4. The effects of cutoff-wall permeability
5. Conclusions and discussions
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه