The Analysis of Effective Parameters on Stability of Tunnels against Shock Wave Loads

Document Type : Original Article

Authors

1 Master of Science in Rock Mechanics, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran

2 PhD of tectonic, Islamic Azad University Science and Research Branch, Tehran, Iran

Abstract

Abstract
The Enemy's threats against Islamic country have obliged the military force to regard the importance of underground spaces as safe structures against air strike. These structures are capable of protecting military equipment such as ammunition store and non- military targets like urban tunnel from missile attack. The design of military and non-military infrastructure should have a proper application against natural disaster at peace and war time. There is no written standard in terms of the effect of the projectile blast on structures. So, Numerical modeling is the economical method to be applied as the useful tool in engineering design and analysis. In this study, the effect of main parameters on stability of underground spaces subjected to explosion wave has been considered and suggested the safe design for these structures. In this regard, the influence of the presence and absence of water condition, geometry and dimensions of underground spaces, the tunnel depth, the geomechanical properties of rock mass, stress ratio, the size of crater and the horizontal distance of projectile collision versus amount of peak particle velocity on underground spaces have been taken to account, using FLAC3D software. Then, tagochi design method has been used to assess all mentioned parameters. The results show that, in variance analysis, rock mass classifying and stress ratio have the maximum and minimum effect on underground stability respectively. With regard to input parameters, water was accounted as damper and among the geometries; circle- shaped tunnel is the best shape. The tunnel cross section should be small and optimized. The stability of underground spaces is improved with increasing depth, owing to the better quality of rock mass. The higher crater distance from tunnel and the bigger crater are caused less influence on stability.

Keywords

References

[1] مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن "پدافند غیرعامل، مبحث 21 مقررات ملی ساختمان"; دفتر امور مقررات ملی ساختمان، وزارت راه و شهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان، نشر توسعه، ویرایش اول، 1391.
[2] Shahnazari, H.; Esmaeili, M.; Hosseini Ranjbar, H. “Simulating the Effects of Projectile Explosion on a Jointed Rock Mass Using 2D DEM: A Case Study of Ardebil-Mianeh Railway Tunnel”; Int. J. Civ. Eng., 2010, 8, 125-133.
[3] Gui, M. W.; Chien, M. C. “Blast-Resistant Analysis for a Tunnel Passing Beneath Taipei Shongsan Airport– A Parametric Study”; Geotech. Geol. Eng., 2006, 24, 227-248.
[4] انتظاری زارچ، حسین; دهقانی اشکذری، قاسم; برخورداری بافقی، کاظم "بررسی تأثیر شکل هندسی مقطع تونل در عملکرد لایه نگهدارنده تحت اثر بارگذاری انفجار خارجی"; مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، سال 5، شماره 1، صفحه 61، ۱۳۹۳.
[5] اسماعیلی، مرتضی; فلاح زاده، پوران "بررسی رفتار سازه‌ی زیرزمینی تحت اثر بارهای انفجاری (مطالعه موردی - خط 7 متروی تهران)"; هشتمین کنفرانس تونل ایران، دانشگاه تربیت مدرس تهران، انجمن تونل ایران، 1388.
[6] Wang, Z.; Lu, Y.; Hao, H. “Numerical Investigation of Effects of Water Saturation on Blast Wave Propagation in Soil Mass”; J. Eng. Mech., 2004, 130, 551-561.
[7] میرزینلی، سیدحسین; بازیار، محمدحسن; هاشمی، حمیدرضا; رابطی مقدم، مسعود "بررسی تأثیر انفجار پرتابه های متعارف برتونل‌های سطحی به کمک نرم افزار FLAC مطالعه موردی مترو کرج و حومه"; اولین کنفرانس پدافند غیرعامل و سازه‌های مقاوم، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، 1389.
[8] سبحانی، احسان "تحلیل عددی انتشار امواج حاصل از انفجار در محیط پیوسته و ناپیوسته"; پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.
[9] انتظاری زارچ, حسین; برخورداری بافقی، کاظم; مهرنهاد، حمید; دهقانی اشکذری، قاسم "بررسی اثر انفجار سطحی بر روی تونل متروی مشهد"; اولین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک، اردبیل، دانشگاه محقق اردبیلی، 1392.
[10] Yang, Z. "Finite Element Simulation of Response of Buried Shelters to Blast Loadings"; Finite Elem. Anal. Des., 1997, 24, 113-132.
[11] Liu, H. “Dynamic Analysis of Subway Structures Under Blast Loading”; Geotech. Geol. Eng., 2009, 27, 699-711.
[12] Xia, X.; Li, J.; Li, H.; Liu, B.; Zhou, Q.; Zhao, J.; Liu, Y. “Study on Damage Characteristics of Rock Mass under Blasting Load in Lingao Nuclear Power Station, Guangdong Province”; Chin. J. Rock Mech. Eng., 2007, 12, 019.
[13]- قزوینیان، عبدالهادی; رحمتی پور، شهیما "اثر بمب‌های هوایی روی سازه‌های زیرزمینی"; مجله علمی-پژوهشی مواد پرانرژی، سال 6، شماره 2، صفحه 3، 1390.
[14] Nagy, N. M.; Eltehawy, E. A.; Elhanafy, H. M.; Eldesouky, A. "Numerical Modeling of Geometrical Analysis for Underground Structures"; In 13th. international conference on Aerospace science & aviation technology, Egypt. 2009.
[15] Nagy, N.; Mohamed, M.; Boot, J. C. "Nonlinear Numerical Modelling for the Effects of Surface Explosions on Buried Reinforced Concrete Structures”; Geomech. Eng., 2010, 2, 1-18.
[16] خیراندیش, محمدرضا; علیزاده صوری، بهزاد "بررسی تأثیر موج انفجار بر روی تونل‌های زیرزمینی مطالعه موردی: محدوده شمال تهران"; مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، سال 7، شماره 3، صفحه 201، 1395.
[17] Mitelman, A.; Elmo, D. “Modelling of Blast-Induced Damage in Tunnels Using a Hybrid Finite-Discrete Numerical Approach”; J. Rock. Mech. Geotech. Eng., 2014, 6, 565-573.
[18] Montgomery, D. C. “Design and Analysis of Experiments”. John Wiley & Sons, 2008.
[19] شریف زاده، مصطفی; نورانی، رضا "خواص و رفتار مهندسی سنگ‌ها"; نشر صدا، 1390.
[20] Alamut Bridge and Building Engineering Co. “Design and Calculation of Concrete Segments”; 2006.
[21] Hustrulid, W.A.; Kuchta, M; Martin, R.K. “Open Pit Mine Planning and Design”, Two Volume Set & CD-ROM Pack. CRC Press, 2013.
[22] Jimeno, E. L.; Jimino, C. L.; Carcedo, A. “Drilling and Blasting of Rocks”, CRC Press; 1995.
[23] Itasca Consulting Group. INC. “FLAC-Fast Lagrangian Analysis of Continua”, Version 5.1., Minneapolis, MN, 2012.
[24] استوار، رحمت الله "آتشکاری در معادن"; انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، 1389.
 
Construction science and technology
Volume 5, Issue 1 - Serial Number 14
Spring 2024
July 2024
Pages 32-54

Files

Share

How to cite

Statistics