Time dependent analysis of tunnels using the finite element method

Other Title(s)

التحليل المعتمد على الزمن للإنفاق باستعمال طريقة العناصر المحدودة

Joint Authors

Salim, Nahlah Muhammad Nuri
Shlash, Qais T.
Fattah, Muhammad Yusuf

Source

Engineering and Technology Journal

Issue

Vol. 27, Issue 01 (31 Jan. 2009)25 p.

Publisher

University of Technology

Publication Date

2009-01-31

Country of Publication

Iraq

No. of Pages

25

Main Subjects

Chemistry

Topics

Abstract AR

إن تحليل الأنفاق في الترب الطينية تم إجراؤه مع الأخذ بنظر الاعتبار ظاهرتين فعاليتين و مهمتين و هما الاعتماد و عدم الاعتماد على الزمن.

يستعمل التصرف غير المعتمد على الزمن لتنفيذ مرحلة الحفريات بينما يستعمل التصرف المعتمد على الزمن لتمثيل تصرف النفق غير المبطن عبر فترة طويلة من الزمن.

أجري تحليل العناصر المحددة باستعمال نموذج خطي مرن لمادة كونكريت التبطين بينما أستعمل النموذج المرن اللدن و نموذج طين كأم لتمثيل التربة.

أخذ تأثير كل من الحفريات و تأثير الزمن معا من خلال التمثيل المزدوج الكامل بالاعتماد على نظرية بيوت (Biot).

إن هذه النماذج و التمثيلات مع طريقة الانضمام تم تضمينها في برنامج حاسبة للتحليل بطريقة العناصر المحددة يسمى "MODF-CRSP" و الذي تم تطويره لهذا الغرض.

في هذا البحث تم تمثيل المسألة الرئيسية بمقترح مترو بغداد الذي يتألف من خطين بطول 32 كم و 36 محطة.

مقطع النفق دائري بقطر (5.9 م) مع وجود تبطين خرساني بسمك (0.45 م) و استعملت عناصر ثمانية العقد لتمثيل التربة و للبطانة الخرسانية بينما استعملت عناصر رباعية العقد لتمثل ضغط الماء المسامي.

اجري نوعان من التحليل : أ- استعمال علاقة تكوينية مرنة لدنة لتمثيل جميع طبقات التربة.

ب- استعمال نموذج كأم المعدل لتمثيل طبقة التربة العليا و نموذج مور-كولوم المرن اللدن لبقية الطبقات.

و لقد تم حساب إزاحات التربة حول النفق في نقاط محددة (القمة, جوانب و قعر النفق) في نهاية فترة الحفر.

و قد بينت النتائج أن هناك حركة للداخل عند قمة النفق و تكون هذه الحركة محددة 5و 4 مرة بقدر قطر النفق بينما وجد أن الإزاحة محدودة عند جوانب النفق و يمكن أن تصل 0.05 من قطر النفق كما و وجد أن هناك انتفاخا في المنطقة الواقعة تحت قعر النفق و التي تصل قيمتها القصوى بحدود 0.14 % من قطر النفق و هي محددة بمسافة تمتد إلى 1.5 مرة من قطر النفق.و قد وجد أيضا أن هبوط الانضمام فوق النفق يكون بحدود 3 مرات الهبوط عقد نهاية الحفر و يمتد حوض الهبوط إلى مسافة بحدود 5 مرات قطر النفق عند اعتماد تحليل الانضمام بينما يمتد هذا الحوض إلى 12 مرة بقدر قطر النفق عند الاعتماد على التحليل غير المبزول.

Abstract EN

The analyses of tunnels in clay were carried out taking into consideration two great important and effective categories, the time independent and time dependent.

Time independent behaviours are used to represent the excavation stage while time dependent analyses are used to represent the behaviour of the unlined tunnel after a long time.

The finite element analyses were carried out using the linear elastic model for the concrete liner while elasto-plastic and modified Cam clay model for the soil.

The excavation has been used together with transient effects through a fully coupled Biot formulation.

All these models and the excavation technique together with Biot consolidation are implemented into finite element computer program named "Modf- CRISP" developed for the purpose of these analyses.

In this paper, the basic problem represents the proposed "Baghdad metro line" which consists of two routes of (32 km) long and 36 stations is analyzed.

The tunnel is circular in cross section with a (5.9) m outer diameter and (0.45) m of concrete lining thickness.

Eight-node isoparametric elements are used to model the soil and concrete lining.

Four-node element is used for pore water pressure.

Two kinds of analyses are carried out: a- Using elastic-plastic constitutive model for all soil layers.

b- Using modified Cam clay model (MCC) for the first soil layer (upper layer) and elastic-plastic Mohr Coulomb for the other two layers.

The movements of the soil around the tunnel at the end of excavation at typical points (crown, spring line and the invert) are calculated.

The results indicate that there is an inward movement at the crown and this movement is restricted to four and a half tunnel diameters.

A limited movement can be noticed at spring line which reaches 0.05% of tunnel diameter, while there is a heave at the region below the invert, which reaches its maximum value of about 0.14% of the diameter and is also restricted to a region extending to (1.5) diameters.

It was found that the maximum consolidation settlement above the tunnel is about three times that at the end of excavation.

The settlement trough extends only to (5) tunnel diameters using consolidation analysis while it is extended to (12) tunnel diameters using undrained analysis.-

American Psychological Association (APA)

Fattah, Muhammad Yusuf& Shlash, Qais T.& Salim, Nahlah Muhammad Nuri. 2009. Time dependent analysis of tunnels using the finite element method. Engineering and Technology Journal،Vol. 27, no. 01.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-50480

Modern Language Association (MLA)

Fattah, Muhammad Yusuf…[et al.]. Time dependent analysis of tunnels using the finite element method. Engineering and Technology Journal Vol. 27, no. 01 (2009).
https://search.emarefa.net/detail/BIM-50480

American Medical Association (AMA)

Fattah, Muhammad Yusuf& Shlash, Qais T.& Salim, Nahlah Muhammad Nuri. Time dependent analysis of tunnels using the finite element method. Engineering and Technology Journal. 2009. Vol. 27, no. 01.
https://search.emarefa.net/detail/BIM-50480

Data Type

Journal Articles

Language

English

Notes

Includes appendices

Record ID

BIM-50480