بررسی اثرات انفجار پرتابه‌ها در محیط سنگی درزه‌دار با استفاده از روش DEM مطالعه موردی : تونل کیلومتر 500+345 راه آهن اردبیل- میانه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی عمران دانشگاه علم و صنعت ایران

2 2.  استادیار دانشکده مهندسی راه آهن، دانشگاه علم و صنعت ایران

3 استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

امروزه  بشر فضاهای زیرزمینی دارای کاربردهای متنوعی اعم از تونل­های راه و راه آهن، خطوط مترو، انبارهای زیرزمینی و پناهگاه­ها  می­باشد. از نکات حائز اهمیت در خصوص این فضاها، طراحی دقیق آن­ها در برابر بارهای استاتیکی و دینامیکی می­باشد. از دیدگاه پدافند غیرعامل و حفظ شریان­های حیاتی در شرایط خاص، طراحی تونل­های راه و راه آهن در برابر بارهای ناشی از برخورد پرتابه­های انفجاری از اهمیت به­سزایی برخوردار است. از طرفی بررسی پدیده برخورد و انتشار امواج ناشی از پرتابه­ها در محیط­های سنگی درزه­دار، دارای پیچیدگی­های خاص می­باشد. در این مقاله سعی بر آن است تا اثر انفجار ناشی از برخورد یک پرتابه بر تونل واقع در محیط سنگی درزه­دار مورد بررسی قرار گیرد. برای این منظور یک مطالعه موردی بر روی تونل کیلومتر 500 + 345  راه­آهن اردبیل – میانه (قطعه سوم) صورت گرفته است. در این راستا عمق نفوذ[1] پرتابه، شعاع حفره انفجار[2] و هم­چنین فشار حداکثر ناشی از انفجار پرتابه GP2000 با استفاده از روابط تجربی موجود محاسبه گردیده و در ادامه برای مدل­سازی پدیده انتشار امواج از نرم­افزار المان مجزای UDEC استفاده شده است. با توجه به مشخصات محیط­های سنگی درزه­دار و تأثیر آنها بر انتشار امواج ناشی از انفجار، تحلیل حساسیتی بر روی سه پارامتر مدول دینامیکی سنگ، جهت درزه­ها و نیز ضریب میرایی مصالح صورت گرفته و اثرات آن بر تلاشه­ای برشی ایجاد شده در پوشش تونل بررسی گردیده است.



 

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation on projectile explosion effects in a jointed rock media by DEM: a case study of Ardebil-Mianeh railway tunnel

نویسندگان [English]

  • Hasan Hosseini Ranjbar 1
  • Morteza Esmaeli 2
  • Habib Shah Nazari 3
1 Department of Railroad Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran
2 2. Department of Railroad Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, University of Science and Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

Consideration to explosion resistant design of special infrastructures has increased in the recent years. Amongst the various types of infrastructures, road and railway tunnels have a unique importance because their vital role in connection routes in emergency conditions. In this paper, the explosion effects of a projectile impacting on a railway tunnel located in jointed rock medium was investigated using DEM in two dimensions. For this purpose the UDEC as a well known DEM code was utilized for numerical modeling of the explosion phenomenon. In this regard in first step, selecting the GP2000 bomb as a usual projectile, the penetration depth and crater diameter were calculated in rock medium. In the second step, the blast pressure was calculated via empirical formulae and applied on the boundary of carter as input load. In continue the pressure wave propagation through the jointed rock medium was investigated. In part of the study a sensitivity analysis is carried out on jointed rock parameters such as joint orientation, dynamic modulus and damping ratio and their effect on tunnel lining axial force as well as bending moment were investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • jointed rock medium
  • Blast loading
  • DEM

پولادی هروی، احمد، "تحلیل مکانیسم انفجار و اندرکنش گاز- سازه در محیط های ترک خورده جامد"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، 1384

درانی، محمد جواد، مطالعه تأثیر بارهای دینامیکی ناشی از انفجار بر پایداری تونل­های سه­گانه تالون-آزاد راه تهران شمال"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاهی صنعتی امیر کبیر، 1382

نجیمی ورزنه، محسن، "بررسی اثر انفجار در حملات هوایی روی سازه­های نظامی"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، 1379

وزارت راه و ترابری، 1385، معاونت ساخت و توسعه راه­آهن، فرودگاه و بنادر، گزارش فنی شماره 348– 02– 13، راه­آهن پارس­آباد – اردبیل– میانه، مطالعه مرحله دوم تونل­ها

 

Bangash M.Y.H., (2009) “Shock, impact and explosion- structural analysis and design”, Springer.

Bulson P.S., 1997 “Explosive loading of engineering structures”, E & FN SPON.

Chen S.G., Zhao J. (1998), “A study of UDEC modelling for blast wave propagation in jointed rock masses”, Int. J. Rock Mech.& Min. Sci., Vol. 35, No. 1, 93-99.

Fan S.C., Jiao Y.Y., Zhao J. (2003), “On modeling of incident boundary for wave propagation in jointed rock masses using discrete element method”, Computers  and Geotechnics, Vol. 31, 57-66.

Gui M. W., Chien M. C. (2006), Blast-resistant analysis for a tunnel passing beneath Taipei Shongsan airport–a parametric study, Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 24: 227–248.

Henrych J., 1979 The Dynamics of Explosion, New York: Elsevier scientific publishing company.

Heuze F.E., Morris J.P. (2006), “Insights into ground shock in jointed rocks and the response of structures there-in”, Int. J. Rock Mech. & Mining Sci., Vol. 44, 647-676.

ITASCA Consulting Group Inc. (2004), UDEC: Universal Distinct Element Code User's Manual, Version 4.0.

Jiao Y.Y., Zhao J. Cai J.G. (2003), “Consideration for 2-D and 3-D modelling of shock wave propagation in jointed rock masses”, ISRM-Technology roadmap for rock mechanics, South African Institute of Mining and Metallurgy.

Jiao Y.Y., Zhang X.L., Zhao J., Q.S. Liu Q.S. (2007), “Viscous boundary of DDA for modeling stress wave propagation in jointed rock”, Int. J. Rock Mech. & Mining Sci., 44, 1070–1076.

Lamond J. F., Pielert J. H., (2006), Significance of Tests and Properties of Concrete and Concrete-Making Materials, ASTM Publications.

Lu Y. (2005), “Underground blast induced ground shock and its modeling using artificial neural network”, J. Computers and Geotechnics, Vol. 32, 164–178.

Ma G.W., Hao H., Zhou Y.X. (1998), “Modeling of wave propagation induced by underground explosion”, Comput Geotech, Vol. 22 (3/4), 283-303.

Morris J.P., Rubin M.B., Blair S.C., Glenn L.A., Heuze F.E. (2004), “Simulations of underground structures subjected to dynamic loading using the distinct element method”, Engineering Computations, Vol. 21, pp. 384-408.

Ngo T., Mendis P., Gupta A., Ramsay J. (2007) Blast Loading and Blast Effects on Structures – An Overview, EJSE Special Issue: Loading on Structures.

US Army Corps of Engineers, 1986, Department of the US Army Technical Manual TM 5-855-1, “Fundamentals of Protective Design for Conventional Weapons”.

Wang Z., Li Y., Wang J.G. (2008), “Numerical analysis of blast-induced wave propagation and spalling damage in a rock plate”, Int. J. Rock Mech. Min. Sci., Vol. 45, 600-608