تحلیل پایداری تونل های تحت فشار با در نظر گرفتن اندر کنش پوشش-توده سنگ و استخراج روابط لازم

تونل ها و شفت های تحت فشار مجراهایی هستند، که برای انتقال سیالات، عموماً آب، تحت فشار حفاری می شوند. تونلها و شفتهای تحت فشار در ابتدا در صنعت هیدروالکتریک( نیروگاههای برق آبی) استفاده می شدند. اما اکنون برای انتقال آب مصرفی و ضایعات آبی استفاده می شوند. اما هنوز عمومی ترین استفاده از تونلها و شفتهای تحت فشار در طرح نیروگاههای برق آبی جهت انتقال آب از بالادست به نیروگاه در پایین دست است. در کلیه آبراهه های تحت فشار بدون پوشش تراوش شکل می گیرد. در رابطه با تراوش، پوششهای شاتکریت، صفحات بتنی و بتنی مسلح نیز مانند تونل بدون پوشش عمل می کنند. زیرا در اثر آبرفتگی بتن و فشار آب داخلی این پوشش ها ترک خورده و نفوذپذیر می شوند. استفاده از شبکه میلگردهای تقویتی ترکها را پخش خواهد کرد. و نفوذپذیری این پوششها کاهش خواهد یافت. به هرحال، اگر پوشش نسبت به توده سنگ اطراف نفوذپذیر باشد، مقاومت کمی در برابر تراوش خواهد داشت، و فشار داخلی تونل تقریباً به طور کامل به توده سنگ انتقال خواهد یافت. هر المان توده سنگ از تمامی جهات تحت نیروهای حجمی تراوش قرار می گیرد. به دلیل وجود درزه ها و ترکها در توده سنگ تحت تأثیر نیروی حجمی تراوش، نفوذپذیری توده سنگ عوض می شود. بنابراین در طول دوره های حفاری و نصب حایل و اعمال فشار نفوذپذیری توده سنگ در برگیرنده تونلها و شفتهای تحت فشار تغییر می کند. این تغییرات نفوذپذیری به نوبه خود باعث تغییر در جریان تراوش و در نتیجه یروی حجمی تراوش می شود. یکی از روشهای متداول در تحلیل تونلها و شفتهای تحت فشار روش استاتیکی است. در این روش فرض می شود، که پوشش ترک نخورده است، یا در مقایسه با توده سنگ شدیداً نفوذناپزیر است. بنابراین تمام هد داخلی در پوشش تلف می شود.در این پایان نامه یک روش تحلیلی- عددی با فرض تقارن محوری و کرنش صفحه ای برای محاسبه اندرکنش هیدرومکانیکی تونلها و شفتهای تحت فشار ارایه می شود. در این مدل نیروی حجمی تراوش در پوشش و توده سنگ، تغییرات نفوذپذیری توده سنگ به دلیل وجود کوپل هیدرومکانیکی، و نفوذپذیری وابسته به تغییرشکل پوشش به دلیل تاریخچه گسترش ترکها در پوشش بتن مسلح لحاظ شده است. در مدل ارایه شده سیر اجرای تونلها و شفتهای تحت فشار لحاظ شده است.در این مدل رفتار توده سنگ الاستو پلاستیک با نرم شوندگی کرنش از نقطه پیک در نظر گرفته می شود. بر مبنای مدل ارایه شده یک برنامه کامپیوتری با نام pressure_tunnelبرای تحلیل و طراحی تونلها و شفتهای تحت فشار نوشته شده است. در ادامه برنامه pressure_tunnel با یک برنامه عددی کنترل می شود. به این ترتیب که تونل تحت فشار گلابر یک بار با استفاده از برنامه pressure_tunnel تحلیل، و سپس در برنامه عددی flac مدل وتحلیل می شود. و سرانجام نتایج دو تحلیل مقایسه و تفسیر می شوند. نتایج نشان می دهد،که اگر از روش تحلیل استاتیکی برای طراحی تونلها و شفتهای تحت فشار استفاده شود، ایمنی طرح پایین می آید. همچنین تراوش با افزایش سهم بار توده سنگ ظرفیت باربری تونلهای تحت فشار را کاهش می دهد. مشاهده می شود که نتایج برنامه pressure_tunnel بین نتایج تحلیل در سقف و کف و جدار قرار دارد. سپس تحلیل پارامتری انجام می شود. مشاهده می شود، که با افزایش نفوذپذیری پوشش تنشهای کششی در پوشش افزایش می یابند. سهم بار توده سنگ نیز از فشار داخلی افزایش می یابد. با افزایش نفوذپذیری تغییر شکلهای پوشش و توده سنگ میزان کمی افزایش می یابند. همچنین مشاهده شد که با افزایش عمق تونل از سطح آب زیرزمینی نتایج تحلیل در سقف و کف و جدار به نتایج برنامه pressure_tunnel نزدیک می-شود. سپس با استفاده از روش ارایه شده و برنامه pressure_tunnel تونل تحت فشار گلابر تحلیل و طراحی شده است. از پوشش بتن مسلح به ضخامت 30 سانتیمتر و میلگردهای حلقوی با قطر 16 میلیمتر و فاصله 16 سانتیمتر استفاده می شود. سپس تأثیر کوپل هیدرومکانیکی و نیروی تراوش بر نتایج تحلیل مکانیکی و هیدرولیکی بررسی می شود. مشاهده می شود، که کوپل هیدرومکانیکی و نیروی تراوش بر نتایج تحلیل مکانیکی کم اثر است، ولی بر نتایج تحلیل هیدرولیکی شامل فشار ب منفذی و نرخ تراوش شدیداً موثر است.