نوع مقاله: علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 مرکز آموزش عالی استهبان، استهبان، ایران

2 دانشگاه آزاد محلات

چکیده

روش چال و انفجار یکی از عمومی‌ترین روش‌های حفاری تونلها و معادن در سراسر جهان است. اگر چه روش چال و انفجار از لحاظ فنی پیشرفت قابل ملاحظه‌ای کرده است، ولی به هر حال این روش با مشکل از رفتن کیفیت توده سنگ وتشکیل ناحیه آسیب دیده با پارامترهای مقاومتی و سختی کاهش یافته روبروست. در روشهای سنتی تحلیل تونلها برای استخراج پارامترهای سختی و مقاومتی هوک و براون از مقدار ضریب به هم خوردگی D واحدی برای کل توده سنگ استفاده می‌شود. بر اساس این روش پایداری توده سنگ دست پایین تخمین زده می‌شود. در واقع ناحیه آسیب دیده ناشی از انفجار با ضخامت محدود در طراحی و تحلیل پایداری تونلها از اهمیت بالای برخوردار است. در این مقاله رفتار یک تونل در شرایط آسیب دیدگی مختلف بررسی می‌شود. در این ارتباط یک روش حل بسته ارائه خواهد شد. این روش تحلیل برای یک تونل حفاره شده در توده سنگ الاستوپلاستیک ترد با معیار گسیختگی مور-کولمب ارائه می‌شود. فرض می‌شود که ناحیه آسیب دیده استوانه ای شکل با ضریب به هم خوردگی D باشد. نتایج به دست آمده از روش ارائه شده نشان می‌دهد که تأثیر تغییر پارامترهای توده سنگ در ناحیه پلاستیک و الاستیک بر پایداری تونل می تواند قابل ملاحظه باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The influence of damaged zone on stability of concrete lined tunnels excavated in Mohr-Coulomb rock mass

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Zareifard 1
  • Shobeir Arshadnejad 2

1 Estahban higher education center

2 Mining Engineering Department, Mahallat Branch, Azad University

چکیده [English]

Rock excavation using drill and blast method is commonly used in mining, quarrying and tunneling world-wide. Although, drill and blast method has witnessed significant technological advancements, it has inherent disadvantage of deteriorating surrounding rock mass due to development of a blast induced damage zone with reduced strength and stiffness parameters. Traditional tunnel analysis adopts a single value of blast damage factor D for the Hoek-Brown (HB) criterion for the entire rock mass, leading to the underestimation of tunnel stability. However, the blast damage zone with finite thickness is significant in tunnel design and stability analysis. In this paper, the behavior of tunnels under different damage conditions is examined. In this regard, a fully analytical solution is used. The solution is presented for tunnels excavated in elastic–brittle–plastic rock masses with Mohr-Coulomb failure criterion. The damaged zone is assumed to have cylindrical shape with varied damage Factor D. The results obtained by the proposed solution indicate that, the effects of the alteration of rock mass properties in the damaged zone may be considerable.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Concrete Lined Tunnel
  • Rock Masses
  • Excavation-Damaged Zone
  • Elastoplastic Analysis
  • Mohr-Coulomb Criterion

منابع
1. Brown, E.T., Bray, J.W., Ladanyi, B., Hoek, E., 1983; “Ground response curves for rock tunnels”. J. Geotech. Eng. ASCE 109, 15–39.
2. Alonso, E., Alejano, L.R., Varas, F., Fdez-Manin, G., Carranza-Torres, C., 2003. “Ground response curves for rock masses exhibiting strainsoftening behavior”. Int. J.
Numer. Anal. Meth. Geomech. 27, 1153– 1185.
3. Wang, Y., 1996. “Ground response of circular tunnel in poorly consolidated rock”. J. Geotech. Eng. ASCE 122, 703–708.
4. Carranza-Torres, C., Fairhurst, C., 1999. “The elasto-plastic response of underground excavations in rock masses that satisfy the Hoek–Brown failure criterion”. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 36 (5), 777–809.
5. Sharan, S.K., 2003. “Elastic–brittle–plastic analysis of circular openings in Hoek–Brown media”. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 40, 817–824.
6. Park, K.H., Kim, Y.J., 2006. “Analytical solution for a circular opening in an elastic–brittle–plastic rock”. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 43, 616–622.
7. Carranza-Torres, C., 2004. “Elasto-plastic solution of tunnel problems using the generalized form of the Hoek–Brown failure criterion”. In: Hudson, J.A., Xia-Ting, F. (eds.), Proceedings of ISRM SINOROCK 2004 Symposium, China. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 41(3) 480–481.
8. Zareifard, M.R., Fahimifar, A. 2014. “Effect of seepage forces on circular openings excavated in Hoek–Brown rock mass based on a generalised effective stress principle”, European Journal of Environmental and Civil Engineering. 18(5)
9. Zareifard, M.R., Fahimifar, A. 2015. “Elastic–Brittle–Plastic Analysis of Circular Deep Underwater Cavities in a Mohr-Coulomb Rock Mass Considering Seepage Forces”, International Journal of Geomechanics. 15( 5)
10. Hoek, E., Carranza-Torres, C.T., Corkum, B, 2002. “Hoek–Brown failure criterion – 2002 edition”. In: Proceedings of the 5th North American Rock Mechanics Symposium and 17th Tunnelling Association of Canada Conference, Toronto, 267–273
11. Itasca, 2004. “PFC2D” 3.10. Itasca Consulting Group, Minnesota.
12. Zareifard, M.R., Fahimifar, A. Tunnel. Underg. Space Technol., “Analytical solutions for the stresses and deformations of deep tunnels in an elastic-brittle-plastic rock mass considering the damaged zone”, Pages 186-196, 2017
13. Hedayat, A, Weems , J., 2019, “The Elasto-
» مهندسی معدن « تاثیر میزان آسیب دیدگی توده سنگ بر پایداری تونل های با پوشش بتنی بر اساس معیار مور- کولمب نشریه علمی پژوهشی
13
Plastic Response of Deep Tunnels with Damaged Zone and Gravity Effects”, Rock Mechanics and Rock Engineering
14. Ghorbani, A., Hasanzadehshooiili, H., 2019. “A comprehensive solution for the calculation of ground reaction curve in the crown and sidewalls of circular tunnels in the elastic-plastic-EDZ rock mass considering strain softening”, Tunnel. Undergr. Space Tech., 84: 413-431.
15. González-Cao J., Alejano L.R., Alonso E., Bastante F.G., “Convergence-confinement curve analysis of excavation stress and strain resulting from blast-induced damage”, Tunnelling and Underground Space Technology 73 (2018) 162–169
16. Saiang, D. and Nordlund, E., 2009. “Numerical Analyses of the Influence of the Blast-Induced Damaged Rock Around Shallow Tunnels in Brittle Rock”. Rock Mechanics & Rock Engineering, 42-421.
17. Zareifard, M.R., 2019. “Ground response
curve of deep circular tunnel in rock mass exhibiting Hoek–Brown strain-softening behaviour considering the dead weight loading”. European Journal of Environmental and Civil Engineering, , DOI: 10.1080/19648189.2019.1632745.
18. Timoshenko S. P., Goodier J.N., 1982. “Theory of Elasticity, McGraw-Hill”, New York.
19. Cai, M., Kaiser, P.K., Tasaka, Y., Minamic, M., 2007. “Determination of residual strength parameters of jointed rock masses using the GSI system”. Int. J. Rock Mech. Min. Sci. 44 (2), 247–265.
20. Hoek, E. and Diederichs, M.S. 2006. “Empirical estimation of rock mass modulus”. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43, 203–215.
21. Hoek, E., Brown, E.T., 1997. “Practical estimates of rock mass strength”. Int. J. Rock Mech. Sci. Geom. Abstr. 34 (8), 1165–1187.