توانا بود هرکه دانا بود
همواره روزگار با سیمره جاری باشید...
Sunday, 7 July , 2024
امروز : یکشنبه, ۱۷ تیر , ۱۴۰۳ - 1 محرم 1446
شناسه خبر : 14654
  پرینتخانه » علمی, مقاله تاریخ انتشار : ۱۹ شهریور ۱۴۰۱ - ۹:۱۸ | | ارسال توسط :

درآمدی بر انفجار سطحي و داخلی در تونل‌هاي زيرزمیني شهري

درآمدی بر انفجار سطحي و داخلی در تونل‌هاي زيرزمیني شهري
چکیده: تجزیه و تحلیل سازه‌های زیرزمینی شهری در برابر انفجار بسیار مهم و حیاتی است. اهمیت این موضوع به‌ویژه در وقایع تروریستی نمود پیدا می‌کند.
 شناسایی، معرفی و اولویتبندی مجموعه‌ای از راه‌بردها، راهکارها، قابلیت‌ها و اقدامات غیرمسلحانه به واسطه شناخت رفتار سازه در هنگام بروز هرگونه تهدید نظامی، موجب افزایش بازدارندگی غیرفعال، کاهش آسیب‌پذیری، تداوم فعالیت‌های ضروری، ارتقای پایداری ملی و تسهیل مدیریت بحران در مقابل تهدیدات و اقدامات نظامی دشمن می‌شود. در این پژوهش به بررسی اهمیت و حساسیت موضوع انفجار سطحی و داخلی در مدل‌های آزمایشگاهی و سپس مدل‌های عددی پرداخته شده است. با مرور ادبیات فنی و تحقیقات صورت گرفته این نکته آشکار می‌شود که تاکنون عمده مطالعات صورت گرفته صرفاً به تأثیر بار انفجار روی تونل و فضاهای زیرزمینی پرداخته‌اند و در مطالعات محدودی به ارائه‌ی راهکار در راستای کاهش اثر انفجار بر سازه‌های زیرزمینی و تونل‌ها پرداخته شده است.
کلمات کلیدی: انفجار سطحی، انفجار داخلی، اثر انفجار، سازه‌های زیرزمینی، تونل زیرزمینی.
مقدمه:  پس از جنگ جهانی دوم تحقیقات در راستای تأثیر انفجار روی سازه‌های ساخته شده، روی زمین در سرتاسر جهان آغاز شد و تا کنون پژوهش‌های زیادی در این باره صورت گرفته است[۲۲-۸]. اولین راهنمای غیرمحرمانه در این موضوع، با عنوان اثرات ضربه و انفجار در سال ۱۹۴۶ توسط کمیته تحقیق دفاع ملی در آمریکا منتشر شد. در ایران نیز اولین گزارشات مدون علمی در قالب راهنما و توصیه‌نامه مربوط به سال ۱۳۶۷ است. در این راستا ترجمه و تدوین مقالات، کتاب‌ها و دستورالعمل‌های طراحی سازه‌ها در برابر انفجار در دستور کار قرار گرفت و با تشکیل کمیته‌ی عالی سازمان پدافند غیرعامل کشور به اوج خود رسید. پس از آن همواره انجام تحقیقات توسط مهندسین مشاور سپاه و ارتش در خصوص تأثیر بارهای انفجاری روی سازه‌ها و ایجاد سازه‌های امن دفاعی بر مبنای تجربیات دفاع مقدس همواره مورد توجه بوده است[۷]. با گسترش و پیش‌رفت مهندسی ژئوتکنیک و دانش ساخت سازه‌های زیرزمینی، تحقیقات در خصوص تأثیر بار انفجار روی تونل‌ها و سازه‌های زیرزمینی نیز آغاز شد و با پیش‌رفت تکنولوژی و فراهم شدن امکان تحلیل عددی و شبیه‌سازی مدل‌های واقعی در نرم افزارهای مختلف، امکان بررسی تونل‌ها تحت انفجار رونق بیش‌تری گرفت. تاکنون مطالعات زیادی در این راستا صورت گرفته است. بیش‌تر این مطالعات در راستای تاثیر انفجار روی سازه‌ها بوده و کم‌تر به بحث چگونگی کاهش این اثرات پرداخته شده است. با این حال، به غیر از مطالعات و طبقه‌بندی تکنولوژی انفجار نظامی، بسیاری از استانداردها با شیوه‌های تعیین شده برای ساخت سازه‌های مقاوم در برابر انفجار غیرنظامی وجود ندارد. ارتش آمریکا در سال۱۹۵۹، نشریه‌ای تحت عنوان سازه‌های مقاوم در برابر اثرات انفجارهای تصادفی منتشر نمود. نسخه ویرایش شده این نشریه در سال ۱۹۹۰ منتشر شد و به‌صورت گسترده توسط سازمان‌های نظامی و غیر نظامی جهت طراحی سازه‌ها به منظور جلوگیری از انتشار انفجار و حفاظت از تجهیزات و کارکنان نظامی مورد استفاده قرار می‌گیرد[۲۳و۲۴]. به‌منظور بررسی نحو‌ه‌ی انتشار امواج حاصل از انفجار در خاک و نحوه‌ی تأثیر آن روی سازه، تا کنون تحقیقات زیادی صورت گرفته است که در ادامه به تعدادی از آن‌ها پرداخته شده است.
 مطالعات آزمایشگاهی کوچک مقیاس
اگرچه عمده‌ مطالعات انجام شده به صورت مطالعات عددی بوده است اما مطالعات آزمایشگاهی و میدانی اثرات انفجار بر روی مدل‌های آزمایشگاهی کوچک مقیاس توسط پژوهش‌گران متعددی نیز انجام شده است که عمدتاً در کشورهایی هم‌چون روسیه، ژاپن و آمریکا صورت گرفته است[۲۵]. در سال‌های ۱۹۸۶و ۱۹۸۹ آزمایش‌هایی بر روی قوس بتنی مدفون در خاک که تحت بار انفجاری سطحی قرار گرفت که میزان ترک‌خوردگی و کرنش قوس در نقاط و زوایای مختلف به صورت نمودار ارائه شده است[۲۶و۲۷]. مدل کردن آزمایشگاهی سازه‌های ژئوتکنیکی در سانتریفیوژ در دهه‌های اخیر متداول بوده است[۲۸و۲۹]. آزمایشگاه ملی ساندیا در کالیفرنیا دارای دو سانتریفیوژ است که یکی از آن‌ها بیش‌ترین قابلیت بارگذاری دینامیکی سازه‌های ژئوتکنیکی را در دنیا دارد و در سال ۱۹۹۸ اولین آزمایش مدل‌سازی انفجاری بر سازه‌های زیرزمینی با این دستگاه‌ها انجام شده است. هدف از انجام این آزمایش، بررسی میزان خطرپذیری سازه‌های زیرزمینی گوناگون در برابر انواع انفجار و هم‌چنین بررسی قابلیت مدل‌سازی انفجاری در کدهای ایجاد شده در این آزمایشگاه بیان شده است.آزمایش برای پناهگاه زیرزمینی در خاک و تونل در سنگ انجام شده و فشار ناشی از انفجار در فواصل مختلف از محل انفجار قرائت شده است. نتایج آزمایش و مدل‌سازی هم‌خوانی بسیاری زیادی را نشان می‌دهد[۲۸].

شکل ۱: آزمایش سانتریفیوژ انجام شده در آزمایشگاه ملی ساندیا در کالیفرنیا [۲۸]

آزمایش سانتریفیوژ دیگری در سال ۲۰۰۵ در آمریکا و با دستگاه سانتریفیوژ توسط دی و همکاران[۲۹] انجام شده است که انفجار سطحی و تونل زیرزمینی را مدل کرده و اثر بارهای انفجاری را بر پوشش تونل بررسی کرده است. در این آزمایش سانتریفیوژ با شتاب g70 می‌چرخد و در هر آزمایش ۶٫۲ گرم TNT به‌کار رفته که با توجه به این مقیاس تقریباً معادل ۹۰۰کیلوگرم ماده منفجره است[۲۹].
هم‌چنین در سال ۲۰۰۸ چند آزمایش کوچک مقیاس در ژاپن توسط انجام شده و با انفجارهای مختلف درون خاک، اثر ضخامت خاک را در گسترش موج انفجار و فشار وارد بر سازه‌ی زیرزمینی بررسی شده است که به وضوح اثر کاهندگی خاک در نتایج دیده شده و باتوجه به ماهیت پیچیده‌ی خاک در حال دینامیکی چند انفجار در داخل و خارج سازه انجام داده و روابطی را برای مشخصات پالس انفجار ارائه شده است [۳۰].

شکل ۲: محل قرارگیری گیج اندازه‌گیری در آزمایش سانتریفیوژ انجام شده توسط دی و همکاران ۲۰۰۵

مطالعات میداني بزرگ مقیاس
چون آزمایش‌های واقعی مربوط به پدیده‌ی انفجار هزینه‌بر بوده و نیازمند امکانات و تجهیزات خاصی است، کم‌تر متداول است. مطالعات میدانی در زمینه‌ی انفجار علاوه بر هزینه بر بودن، عوارض دیگری چون آلودگی‌های زیست‌محیطی نیز به دنبال دارد که انجام آن‌ها را با محدودیت‌هایی رو به رو کرده است. ژاپن از جمله کشورهایی است که در این زمینه، مطالعات میدانی گستردهای انجام داده است. ایشیکاوا و بپو۱ (۲۰۰۶) آزمایشی را برای سه نوع تونل مستقیم، شاخه‌ای و شبکه‌ای انجام داده است و نتایج ارائه شده شامل فشار مربوط به انفجار در فواصل مختلف است. در تونل مستقیم همان‌طور که انتظار می‌رود فشار انفجار در طول تونل با فاصله از آن کاهش می‌یابد. در تونل شاخه‌ای و شبکه‌ای انکسار به خوبی دیده می‌شود به طوری که نقاط فرعی نزدیک‌تر نسبت به نقاط مستقیم دورتر کاهش فشار بیش‌تری را تجربه کرده‌اند[۳۱].

 

الف) تونل مستقیم

ب) تونل شاخه‌ای

ج) تونل شبکه‌ای

 

شکل ۳: بار انفجار برای سه نوع تونل مستقیم، شاخه‌ای و شبکه‌ای در آزمایش ایشیکاوا و بپو (۲۰۰۵) [۳۱]

 

مطالعات عددی
چون آزمایش‌های مدل واقعی(تمام مقیاس) سازه‌های زیرزمینی تحت انفجار پرهزینه خواهد بود، پس شبیه‌سازی عددی جایگاه ویژه‌ای خواهدداشت. لازم به ذکر است که علاوه بر صرف هزینه‌ی زیاد مطالعات آزمایشگاهی و میدانی، وجود عوارض دیگری چون آلودگی‌های زیست‌محیطی نیز باعث شده است که بیش‌تر تحقیقات پیشین به صورت مطالعات عددی انجام شوند. به هرحال شبیه‌سازی عددی مناسب‌ترین روش جهت بررسی اثرات انفجار است[۳۲]. در ادامه به مطالعات عددی انجام شده در باره تاثیر انفجار روی سازه‌های زیرزمینی و تلاش‌های صورت گرفته در راستای کاهش این تاثیر پرداخته می‌شود.
یانگ۲ (۱۹۹۷) [۳۳] با استفاده از نرم‌افزار المان محدود آباکوس۳ پاسخ سازه‌ی زیرزمینی تحت بار انفجاری سطحی در برابر افزایش عمق سازه و اندازه‌ی آن مطابق مدل مندرج در شکل۴ بررسی کرده و فشار و تنش ناشی از موج انفجار بر روی سازه در دو نقطه به صورت نمودار استخراج شده است. نتایج نشان می‌دهد هرچه سازه در عمق بیش‌تری ساخته شود، پایدارتر است زیرا عمق بیش‌تر، باعث افزایش سربار خاکی آن و دور شدن سازه از محل انفجار و کاهش فشار بر آن می‌شود، هرچند تنش اندازه‌گیری شده در این سه مدل تفاوت چندانی با هم ندارند. پارامتر دیگری که بررسی شده است ابعاد سازه بوده که نمودارهای تنش و فشار نشان می‌دهد، هرچه سازه کوچک‌تر باشد، به علت وزن کم‌تر بیش‌تر تحت تأثیر بار انفجاری قرار می‌گیرد و بیش‌تر دچار تغییر شکل و ناپایداری می‌شود.

شکل۴: مدل عددی پاسخ سازه زیرزمینی تحت بار انفجاری سطحی یانگ (۱۹۹۷) [۳۳]

پی‌نویس:
 Ishikawa and Beppu-1
 Yang-2
  ABAQUS-3
گویی و چین (۲۰۰۶) [۳۴] اثرات بار انفجار بر تونلی در زیر فرودگاه‌شان سان تایپه مورد بررسی قرار می‌هد. موقعیت تونل، عمق و قطر تونل و ماده‌ی منفجره مطابق شکل۵ با استفاده از نرم افزار فلک۱ مدل‌سازی شده است. مشخصات لایه‌های ژئوتکنیکی اطراف تونل الاستوپلاستیک کامل با مدل رفتاری موهر-کلمب فرض شده و عمق آب زیرزمینی نیز ۵/۲ متر پایین‌تر از سطح زمین است. بار انفجار بمب GP2000 در نظر گرفته شده است که به اطراف ناحیه‌ی حفره انفجاری با قطر ۴ متر وارد می‌‌شود. نتایج نشان می‌هد که مدول الاستیسیته خاک تأثیر بیش‌تری نسبت به میرایی خاک و مقاومت برشی بر میزان لنگر حداکثر ایجاد شده در پوشش مقطع تونل داشته و از طرف دیگر مقدار ماده منفجره به مراتب تأثیر چشم‌گیرتری نسبت به مشخصات مکانیکی خاک بر لنگر ایجاد شده در پوشش تونل دارد. بنابراین اجرای لایه‌های محافظ بر کاهش اثر انفجار بسیار موثرتر و منطقی‌تر نسبت به اجرای پوشش تونل بسیار سخت و صلب است.

شکل۶: موقعیت تونل و ماده منفجره گویی و چین (۲۰۰۶) [۳۴]

تاثیر شدت بارگذاری انفجار بر لنگر حداکثر ایجاد شده در پوشش مقطع تونل مدل شده گویی و چین (۲۰۰۶) [۳۴] در شکل۷ نشان داده شده است.

شکل۷: تاثیر شدت بارگذاری انفجار بر لنگر حداکثر ایجاد شده در پوشش مقطع تونل مدل شده گویی و چین (۲۰۰۶) [۳۴]

پس از انجام مطالعات پارامتری به منظور بررسی اهمیت و حساسیت برخی پارامترهای خاک و ویژگی‌های بمب بر روی پوشش تونل، مشاهده می‌شود که مدول یانگ دینامیکی خاک دارای حساسیت بیش‌تری نسبت به درصد میرایی خاک و مقاومت برشی زهکشی نشده در کنترل میزان نیروی پوشش نهایی بتنی است [۳۴].
لو و همکاران۲ (۲۰۰۵) اثر بار انفجاری بر سازه‌ی زیرزمینی در نرم‌افزار دو بعدی و سه بعدی اتوداین۳ را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان دهنده پاسخ قابل قبول مدل‌سازی دو بعدی در مقایسه با مدل‌سازی سه بعدی در مدل کردن سایز حفره انفجار، بار اعمال شده بر سازه و پاسخ بحرانی سازه است[۳۵].
سیستم‌های حمل و نقل عمومی به یکی از اهداف حملات تروریستی با استفاده از مواد منفجره تبدیل شده اند، نمونه‌هایی از آن حمله سال ۱۹۹۵به مترو پاریس و حمله سال ۲۰۰۴ به مترو مسکو است. انفجار در ساخت و ساز مترو ممکن است نه تنها باعث از دست رفتن زندگی مستقیم افراد شود، بلکه باعث آسیب احتمالی تونل مترو، از جمله وزن مواد منفجره، زمین، عمق مدفون و ویژگی‌های فشار انفجار است. مدل عددی دقیق سه بعدی المان محدود مطابق شکل روبه‌ور در بررسی پاسخ دینامیکی و آسیب سازه مترو تحت بارگذاری فشار انفجار ناشی از وقوع انفجار داخلی به سطح پوشش داخلی تونل و بررسی روش تزریق گروت برای بهبود سختی و مقاومت زمین در تونل‌های تک قطار با قطر کوچک در شهر نیویورک که تحت اثر بار انفجار داخلی بوده است نشان می‌دهد که حداکثر تنش پوشش داخلی تونل درست بعد از انفجار رخ می‌دهد و تونل های کوچک که در خاک نرم، با عمق دفن کم، تعبیه شده‌اند ممکن است حتا با انفجار متوسط داخلی توسط تروریست‌ها به‌طور دایمی آسیب ببینند البته تزریق گروت برای بهبود سختی خاک در اطراف تونل مترو می‌تواند یک اقدام مؤثر بر افزایش مقاومت در برابر انفجار داخلی باشد[۳۶].

شکل۸: مدل سه بعدی المان محدود تونل با قطر کوچک تحت اثر بار انفجار داخلی [۳۶]

سازه‌های زیرزمینی که تحت بارهای انفجار قرار می‌گیرند، رفتار کلی سیستم از جمله شبیه‌سازی انفجار، انتشار امواج شوک از طریق محیط خاک، اندرکنش خاک با سازه مدفون و پاسخ سازه، باید در یک مدل شبیه‌سازی شود. این مدل شبیه‌سازی واقع‌گرایانه رفتار فیزیکی را امکان‌پذیر می‌سازد.
نگی و همکاران(۲۰۱۰)[۳۷] یک مدل کاملی برای شبیه‌سازی کل سیستم با استفاده از برنامه اجزا محدود آباکوس ارائه می‌دهد که از ترکیب فرمولاسیون لاگرانژ-اویلر برای مدل کردن بار انفجاری و منطقه خاکی در نزدیکی محل انفجار برای از بین بردن اعوجاج مش در معرض تغییر شکل زیاد، مدل رفتاری الاستو-پلاستیک دراکر-پراگر برای مدل‌سازی رفتار خاک و فرایند انفجار با استفاده از معادله جونز-ویلکنز-لی مدل می‌شود. هم‌چنین فصل مشترک بین خاک و سازه با استفاده از مفهوم اصطکاک عمومی موهر-کلمب، شبیه‌سازی شده است که اجازه می‌دهد تا لغزش، جداسازی و چسبندگی بین سطح سازه مدفون و خاک اطراف آن به دست آید. صحت سنجی نتایج این مدل از طریق مقایسه با فرمول ارائه شده توسط دستورالعملTM 5-855-1 انجام شده است و در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل ۹: مقایسه نتایج مدل عددی نگی و همکاران با دستورالعمل TM 5-855-1 [37]

یانگ و همکاران(۲۰۱۰) با بررسی عددی اثرات انفجار در زمین برروی یک تونل مترو با عمق کم در خاک نرم، نشان می‌دهد که بخش فوقانی بخش مقطع پوشش تونل با جهت صفر تا ۵/۲۲ درجه و فاصله افقی صفر تا هفت متری از مرکز انفجار، مناطق آسیب‌پذیر است و تونل مترو هنگامی که عمق تونل بیش از ۷ بوده و وزن معادل TNT در انفجار سطحی بیش از ۵۰۰کیلوگرم نیست، امن خواهدبود[۳۸].
مبارکی و واقفی (۲۰۱۵) پاسخ‌های دینامیکی تونل مدفون در عمق ۳٫۵ ،۷، ۱۰٫۵ و ۱۴ متر برای انفجار سطحی ۱۰۰۰ کیلوگرم TNT در خاک ماسه‌ای پیرامونی با استفاده از نرم‌افزار داینا۴ مورد ارزیابی قرار می‌دهد که حداکثر تغییر شکل باقی‌مانده در مرکز دیوار اتفاق افتاده است. تونل متروی مستطیلی کوبه به عنوان مثال برای ارزیابی و مقایسه با تونل شکل نیمه بیضی، دایره‌ای و نعل اسبی استفاده شده است[۳۹].
همان‌طور که مشاهده شد، تحقیقات زیادی درمورد تأثیر انفجار بر سازه‌های اطراف و سازه‌های زیرزمینی مانند تونل انجام شده است ولی راهکاری جهت کاهش اثر انفجار بر تونل ارائه نشده است.
سایر مطالعات انجام شده
هندرون۵[۴۰] با استفاده از نتایج آزمایش‌های انجام شده توسط بخش مهندسی ارتش آمریکا به بررسی خرابی تونل‌ها در ماسه سنگ‌ها پرداخت و گسیختگی تونل را به چهار حالت تقسیم‌بندی کرد. لو و همکاران۶[۴۱] پاسخ دینامیکی تونل‌ها در برابر انفجار سطحی را بررسی کردند. چوی و همکاران۷[۴۲] با استفاده از روش المان محدود به بررسی یک تونل بتنی تحت بار انفجار پرداختند. فن و همکاران۸[۴۳] به مطالعه مشخصه‌های بار، روی یک سازه‌ی بتنی مدفون با عمق کم تحت اثر انفجار توسط شبیه‌سازی عددی پرداختند. شاه نظری و همکاران[۴۴] با استفاده از روش عددی به بررسی تأثیر انفجار روی تونل میانه-اردبیل پرداختند و نتیجه گرفتند، بیش‌ترین جابه‌جایی در تاج تونل رخ می‌دهد. میرزینلی و همکاران[۱] با استفاده از نرم افزار فلک به بررسی تأثیر انفجار روی سازه‌های روزمینی و زیرزمینی پرداختند.محمدنژاد و همکاران [۲] اثر انفجار بر روی یک تونل مترو را با نرم افزار یودک۹شبیه‌سازی کردند.بازیار و همکاران [۳] با استفاده از آزمایش سانتریفیوژ به بررسی تأثیر انفجار بر سازه‌های زیرزمینی پرداخته و تاریخچه زمانی تنش، کرنش و شتاب تاج و جدار سازه زیرزمینی را اندازه‌گیری و گزارش کردند. خیراندیش و علیزاده[۴] با استفاده از تحلیل عددی، پایداری یک تونل مفروض را در مقابل انفجار در عمق‌های مختلف بررسی و در نهایت حداقل فاصله بین حفره‌ی انفجاری و تاج، که تونل در وضعیت تنش‌های انفجاری به حالت پایدار قرار می‌گیرد، در حدود ۲۵ متر گزارش کردند که البته این عمق با توجه به شرایط خاص در نظر گرفته شده برای تونل و خاک اطراف بوده و قابل تعمیم نمی‌باشد.صفا[۵]
 به ارزیابی رفتار سازه‌های زیرزمینی تحت بار انفجار بر مبنای سرعت بیشینه ذرات و مقایسه تونل با مقطع مستطیلی و نعل اسبی پرداخته است و نتیجه گرفت اگر ابعاد تونل‌ها یکسان در نظر گرفته شود، محیط در برگیرنده تونل با مقطع مستطیل شکل مقاومت بیش‌تری نسبت به محیط دربرگیرنده مقطع نعل اسبی دارا خواهد بود. چن و همکاران۱۰[۴۵] به روش تحلیلی پاسخ یک سازه مدفون قوسی شکل را در خاک‌های مختلف تحت انفجار بررسی کرده و نتیجه گرفتند که برای افزایش ایمنی، سازه مدفون باید در خاک با امپدانس آکوستیک پایینو ضریب کاهندگی بالا اجرا شود. کومار و همکاران۱۱[۴۶] توسط نرمافزار آباکوس به مدل‌سازی یک سازه نیمه مدفون تحت بار انفجار چند زمانه پرداختند. احمد حسینی و نوید حسینی[۶] به مدل‌سازی عددی پدیده انفجار مدفون با استفاده از روش هم‌بسته اویلری-لاگرانژی و بررسی پاسخ خاک و سازه مدفون به این انفجار پرداختند و پس از ساختن مدل عددی، اثر پارامترهای مختلف ماده منفجره(جرم)، محیط انتشار موج (چگالی، مدول یانگ، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی) و سازه‌ی مدفون (هندسه و جنس دیوار) بر پاسخ محیط و سازه تحت انفجار را مورد بررسی قرار می‌دهند. ونگ و همکاران۱۲[۴۷] با استفاده از مدل عددی به تأثیر عمق تونل در پاسخ دینامیکی آن تحت بار انفجار پرداختند. چانجین لی و زایبینگ لی۱۳[۴۸] به صورت تحلیلی و نیز با استفاده از روش عددی المان گسسته۱۴با استفاده از نرم‌افزار پک۱۵به بررسی تأثیر نسبت طول موج به قطر تونل در پاسخ تونل‌های زیرزمینی تحت بار انفجار پرداخته و با اندازه‌گیری تنش‌های ایجاد شده، نتیجه گرفتند سقف و کف تونل بیش‌تر از سایر نواحی مستعد شکست دینامیکی تحت بار انفجار هستند.
تفسیر و نتیجه‌گیری
-تنش پوشش تونل به طور مداوم دارای نوسان بوده، اما این تغییرات به علت ارتعاش پوشش تونل به شدت کاهش می‌یابد با این حال حداکثر تنش پوشش داخلی تونل درست بعد از انفجار رخ می‌دهد اثرات مشخصات موج (شدت بار انفجار و ابعاد کراتر) حساسیت بیش‌تری نسبت به پارامترهای خاک در تجزیه و تحلیل پوشش بتنی دارد.
– سختی خاک تأثیر زیادی بر روی تنش پوشش تونل و تخریب تونل دارد. اگر تونل‌ها در خاک‌های نرم حفاری شده باشد، تنش پوشش تونل نیز افزایش می‌یابد.
– عمق مدفون تونل به طور قابل توجهی بر تنش‌های ماکزیمم پوشش تحت بارگذاری انفجار داخلی تأثیر می‌گذارد.
– مدل عددی کامل طراحی سازه نگی و همکاران(۲۰۱۰) یک ابراز محاسباتی بهبود یافته جهت شناسایی میزان ارتقا و بهبود مقاومت و کارایی است که می‌توان با طراحی مجدد سیستم به دست آورد.
– سقف و کف تونل بیش‌تر از سایر نواحی مستعد شکست دینامیکی تحت بار انفجار هستند.
– تزریق گروت برای بهبود سختی خاک در اطراف تونل زیرزمینی موجب افزایش مقاومت در برابر انفجار داخلی می‌شود.
پیشنهادها
– به جای طراحی یک سازه بسیار سفت و سخت و پرهزینه برای مقاومت در برابر بار انفجار بسیار بالا، یک لایه محافظت که می‌تواند بیش‌ترین انرژی بمب را جذب کند در نظر گرفته شود.
– جهت کاهش تنش لاینینگ تونل ناشی از انفجار داخلی، بهسازی خاک با تزریق گروت یک اقدام مؤثر خواهدبود.
– یکی از راه‌های کاهش تأثیر انفجار روی سازه‌های زیر زمینی ایجاد موانع در مسیر موج انفجار است. موانع موج به‌خصوص موانع نرم و الاستیک که تاثیر بیش‌تری خواهندداشت، در حالت کلی به صورت ترانشه باز یا ترانشه پر شده با آب، بنتونیت، خاک اره، ماسه، بتن و یا شمع است.
پی‌نویس‌ها:
FLAC-1
 Lu et. al-2
  AUTODYN-3
 LS-DYNA-4
 Hendron-5
  Luo et al-6
  Choi et al-7
  Fan et al-8
  UDEC-9
  Chen et al-10
Kumar et al-11
  Wang et al-12
  Chongjin Li and Xibing Li-13
  Discrete Elements Method-14
  PEC-15
منابع و مراجع

] ۱[ میرزینلی، سیدحسین و همکاران؛ (۱۳۸۹)، تعیین بیشینه فشار میدان آزاد در اثر انفجار پرتابه‌های متعارف در خاک جهت مدل‌سازی اثر انفجار بر سازه‌های زیرزمینی و رو‌زمینی به کمک نرم‌افزار FLAC، اولین کنفرانس پدافند غیرعامل و سازه‌های مقاوم، بابل، ایران، https://civilica.com/doc/126072.

] ۲[ محمدنژاد، مجتبی و همکاران. (۱۳۹۰). تحلیل دینامیکی سازه زیرزمینی تحت بارگذاری ناشی از انفجار پرتابه نفوذ کننده در زمین. ششمین کنفرانس بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، تهران، https://civilica.com/doc/115300.

] ۳[ بازیار، محمدحسن و همکاران. (۱۳۹۳). نحوه‌ی مدل‌سازی اثر انفجار بر سازه‌های زیرزمینی در دستگاه سانتریفیوژ. علوم و فناوری پدافند نوین، ۵(۱)، ۳۱-۴۱، https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=462460.

] ۴[ محمدرضا، خیراندیش و علی‌زاده صور، بهزاد. (۱۳۹۵). بررسی تاثیر موج انفجار بر روی تونل‌های زیرزمینی مطالعه موردی: محدوده شمال تهران.  فصل‌نامه علمی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، ۷(۳)، ۲۰۱-۲۰۸٫

] ۵[  صفا، پریمان. (۱۳۹۶)، ارزیابی رفتار سازه‌های زیرزمینی تحت بار انفجار بر مبنای سرعت بیشینه ذرات. فصل‌نامه علمی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، ۸(۱)، ۴۵-۵۰٫

] ۶[  حسینی، احمد و حسینی، نوید، (۱۳۹۷)، مدل‌سازی عددی انفجار در خاک و پاسخ سازه‌های مدفون با استفاده از روش هم‌بسته اویلری-لاگرانژی، فصل‌نامه علمی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، ۹(۳)، ۳۲۵-۳۳۶٫

] ۷[  صفا، پیمان، (۱۳۹۹)، بارگذاری، تحلیل و طراحی سازه‌های زیرزمینی، موسسه چاپ و انتشارات دانشگاه امام حسین (ع)، تهران

] ۸[ شوشتری، احمد و صالحی احمداباد، مصطفی، (۱۳۹۰)، تحلیل دینامیکی سازه‌های نا متقارن تحت اثر بارهای انفجار، ششمین کنگره‌ی ملی عمران، سمنان، https://civilica.com/doc/120652.

] ۹[ هوایی، غلامرضا و بیات، الیاس، (۱۳۹۶)، خرابی پیشرونده ناشی از اثر بار انفجار در ساختمان‌های بتن آرمه و روش‌های مقاوم‌سازی ستون‌ها، مهندسی سازه و ساخت, ۴(۱)، ۸۱-۱۰۰٫ https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=314186.

] ۱۰[ لزگی، میلاد و همکاران. (۱۳۹۶). ارزیابی پاسخ غیرخطی قاب‌های بتن مسلح طراحی شده بر مبنای آیین‌نامه‌های زلزله در برابر بار انفجار، علوم و فناوری پدافند نوین، ۵(۱)، ۳۱-۴۱،https://www.sid.ir/fa/journal/ViewPaper.aspx?id=315527.

[۱۱] Beshara, F. B. A. (1994). Modelling of blast loading on aboveground structures—I. General phenomenology and external blast. Computers & Structures, ۵۱(۵), ۵۸۵-۵۹۶٫

[۱۲] Departments of the Army, Navy, and Air Force. (1991). Structures to resist the effects of accidental explosions (no. 22), Technical Manual TM 5-1300. US Army, Navy and Air Force, US Government Printing Office, Washington DC.

[۱۳] DAHS, C. (1998). Technical Manual-Design and Analysis of Hardened Structures to Conventional Weapons Effects. US Army Corps of Engineers (CEMP-ET), Washington DC.

[۱۴] Draganić, H., & Sigmund, V. (2012). Blast loading on structures. Tehnički vjesnik, ۱۹(۳), ۶۴۳-۶۵۲٫

[۱۵] Izadifard, R. A., & Maheri, M. R. (2010). Ductility effects on the behaviour of steel structures under blast loading.

[۱۶] Le Blanc, G., Adoum, M., & Lapoujade, V. (2005, May). External blast load on structures–Empirical approach. In ۵th European LS Dyna Users Conference, France.

[۱۷] MENDIS, P., NGO, D. & KUSUMA, G. (2002). Assessment of tall buildings under blast loading and aircraft impact. Proceedings of the 17th Australasian conference on the mechanics of structures and materials (ACMSM 17), (2002), pp. 495-500.

[۱۸] Mills, C. A. (1988). The design of concrete structures to resist explosions and weapon effects.

[۱۹] N. Newmark, R. J. S. Hansen, and v. handbook. (1961). Design of blast resistant structures, vol. 3.

[۲۰] Ngo, T., Mendis, P., Gupta, A., & Ramsay, J. (2007). Blast loading and blast effects on structures–an overview. Electronic journal of structural engineering, (1), 76-91.

[۲۱] Ngo, T., & Mendis, P. (2008). Modelling reinforced concrete structures subjected to impulsive loading using concrete lattice model. Electronic Journal of Structural Engineering, ۸, ۸۰-۸۹٫

[۲۲] Saleh, A., & Adeli, H. (1998). Optimal control of adaptive building structures under blast loading. Mechatronics, ۸(۸), ۸۲۱-۸۴۴٫

[۲۳] Army, U. S. (1986). Fundamentals of protective design for conventional weapons. Technical manual TM, 5-855.

[۲۴] LaHoud, P. M. (1992). Summary of Changes and Availability of the Revised TM 5-1300 NAVFAC P-397, AFM 88-22″ Design of Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions”. CORPS OF ENGINEERS HUNTSVILLE AL.

[۲۵] Amini Mazraeno, M., Ravan Bakhsh, A., & Dehghan Niri, G. (2013). Blast Loading Effect on the Bearing Capacity of Shallow Foundations. journal of Advanced Defense Science and Technology, ۴(۳), ۱۹۹-۲۰۹٫

[۲۶] Smith, J. L., Betz, J. F., & Baird, G. T. (1986). KACHINA Test Series: Dynamic Arch Test Three (DAT-3) Analysis Report. AIR FORCE WEAPONS LAB KIRTLAND AFB NM.

[۲۷] Dallriva, F. D. (1986). Data report for FY 86 dynamic shallow-buried arch test. US Army Eng. Waterways Experiment Station Preliminary Report, Vicksburg, Miss.

[۲۸] Blanchat, T. K., Davie, N. T., & Calderone, J. J. (1998). Development of explosive event scale model testing capability at Sandias large scale centrifuge facility (No. SAND-98-0270). Sandia National Lab.(SNL-NM), Albuquerque, NM (United States).

[۲۹] De, A., Zimmie, T. F., & Vamos, K. E. (2005). Centrifuge experiments to study surface blast effects on underground pipelines. In Pipelines 2005: Optimizing Pipeline Design, Operations, and Maintenance in Today’s Economy (pp. 362-370).

[۳۰] Ohno, T. (2008). Study on Structural Response to Explosion of Explosives and Blast Resistance Design. National Defence Academy of Japan.

[۳۱] Ishikawa, N., & Beppu, M. (2007). Lessons from past explosive tests on protective structures in Japan. International journal of impact engineering, ۳۴(۹), ۱۵۳۵-۱۵۴۵٫

[۳۲] Zarch, H. E., Ashkezari, G. D., & Bafghi, K. B. (2014).  Investigation of the Effects of Tunnel Cross-Section Geometry on the Performance of the Lining Structure Subjected to External Blast Loading.

[۳۳] Yang, Z. (1997). Finite element simulation of response of buried shelters to blast loadings. Finite elements in analysis and design, ۲۴(۳), ۱۱۳-۱۳۲٫

[۳۴] Gui, M. W., & Chien, M. C. (2006). Blast-resistant analysis for a tunnel passing beneath Taipei Shongsan airport–a parametric study. Geotechnical & Geological Engineering, ۲۴(۲), ۲۲۷-۲۴۸٫

[۳۵] Lu, Y., Wang, Z., & Chong, K. (2005). A comparative study of buried structure in soil subjected to blast load using 2D and 3D numerical simulations. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, ۲۵(۴), ۲۷۵-۲۸۸٫

[۳۶] Liu, H. (2009). Dynamic analysis of subway structures under blast loading. Geotechnical and Geological Engineering, ۲۷(۶), ۶۹۹-۷۱۱٫

[۳۷] Nagy, N., Mohamed, M., & Boot, J. C. (2010). Nonlinear numerical modelling for the effects of surface explosions on buried reinforced concrete structures. Geomechanics and Engineering, ۲(۱), ۱-۱۸٫

[۳۸] Yang, Y., Xie, X., & Wang, R. (2010). Numerical simulation of dynamic response of operating metro tunnel induced by ground explosion. Journal of rock mechanics and geotechnical engineering, ۲(۴), ۳۷۳-۳۸۴٫

[۳۹] Mobaraki, B., & Vaghefi, M. (2015). Numerical study of the depth and cross-sectional shape of tunnel under surface explosion. Tunnelling and underground space technology, ۴۷, ۱۱۴-۱۲۲٫

[۴۰] Hendron, A. J. (1977). Engineering of rock blasting on civil projects (pp. 242-277). Prentice Hall, Englewood Cliffs.

[۴۱] Luo, K. S., Wang, Y., Zhang, Y. T., & Huang, L. K. (2007). Numerical simulation of section subway tunnel under surface explosion. J. PLA Univ. Sci. Technol.(Nat. Sci. Ed.), ۸(۶), ۶۷۴-۶۷۹٫

[۴۲] Choi, S., Wang, J., Munfakh, G., & Dwyre, E. (2006). 3D nonlinear blast model analysis for underground structures. In GeoCongress 2006: Geotechnical Engineering in the Information Technology Age (pp. 1-6).

[۴۳] Junyu, F., Qin, F., & Jinchun, L. (2008). Characteristics of loads on shallow-buried structures under the ground explosions. Journal of PLA University of Science and Technology (Natural Science), ۹(۶), ۶۷۶-۶۸۰٫

[۴۴] SHAHNAZARI, H., Esmaeili, M., & HOSSEINI, R. H. (2010). Simulating the effects of projectile explosion on a jointed rock mass using 2D DEM: a case study of Ardebil-Mianeh railway tunnel.

[۴۵] Chen, H. L., Xia, Z. C., Zhou, J. N., Fan, H. L., & Jin, F. N. (2013). Dynamic responses of underground arch structures subjected to conventional blast loads: Curvature effects. Archives of Civil and Mechanical Engineering, ۱۳(۳), ۳۲۲-۳۳۳٫

[۴۶] Kumar, M., Goel, M. D., Matsagar, V. A., & Rao, K. S. (2015). Response of semi-buried structures subjected to multiple blast loading considering soil–structure interaction. Indian Geotechnical Journal, ۴۵(۳), ۲۴۳-۲۵۳٫

[۴۷] Wang, Y., Gao, G. Y., & Yang, J. (2017). Three-dimensional dynamic response of a lined tunnel in a half-space of saturated soil under internal explosive loading. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, ۱۰۱, ۱۵۷-۱۶۱٫

[۴۸] Li, C., & Li, X. (2018). Influence of wavelength-to-tunnel-diameter ratio on dynamic response of underground tunnels subjected to blasting loads. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, ۱۱۲, ۳۲۳-۳۳۸٫

 

* دانش آموخته کارشناسی‌ارشد مهندسی عمران مدیریت ساخت

 

*هرگونه برداشت و تلخیص از مطالب این تارنما بدون ذکر منبع ممنوع است و پیگرد قانونی دارد.

 

نویسنده : ابراهیم فلاح* | سرچشمه : سیمره636 و 637(6 و 15 شهریورماه401)
به اشتراک بگذارید
تعداد دیدگاه : 0
  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تیم مدیریت در وب منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت یا افترا باشد منتشر نخواهد شد.
  • پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.