Analiza numeryczna interakcji modelowej obudowy tunelowej z gruntem niespoistym

• Autorzy: Szklennik Paweł

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0013.1479

Warianty tytułu

EN

Numerical analysis of interaction between a model tunnel lining and non-cohesive soil

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono numeryczną analizę interakcji modelowej obudowy tunelowej z otaczającym niespoistym ośrodkiem gruntowym. Analizy dokonano, przeprowadzając symulacje z wykorzystaniem autorskiego programu opartego na metodzie elementów dyskretnych. Wykorzystano model skalibrowany wcześniej na podstawie badań laboratoryjnych przez porównanie deformacji obudowy występujących w badaniu i symulacji numerycznej. Dla tak ustalonego modelu przeprowadzono szereg symulacji przy konstrukcji obudowy zarówno wiotkiej, jak i sztywnej. Badano obciążenia działające na obudowę, rozkład naprężeń w ośrodku gruntowym otaczającym konstrukcję oraz przemieszczenia jego cząstek. Analizy przeprowadzono przy działaniu ciężaru gruntu oraz obciążenia technologicznego zadawanego z powierzchni. Analizowano modele z nadkładem gruntu równym jednej średnicy i dwóm średnicom obudowy. Wartości uzyskiwanych numerycznie obciążeń obudowy porównano z obliczonymi według metody Hewetta. Wykazano, że obciążenia te oraz naprężenia w gruncie są istotnie powiązane ze sztywnością obudowy i w związku z tym mogą znacznie odbiegać od standardowo przyjmowanych dla takich konstrukcji sytuacji obciążeniowych.

EN

The paper presents an analysis and assessment of an interaction between a model tunnel lining and surrounding non-cohesive soil. The analysis was conducted with numerical simulations using the author’s program based on an algorithm of the discrete element method. Previously calibrated numerical model was used in the calculations. Calibration was based on comparison of the construction deformations observed in the laboratory tests and during the simulation. Numerous simulations, performed in the calibrated numerical model, included calculations for a flexible and rigid construction of the lining. The tunnel construction loads, stress distribution in the surrounding soil, and soil particles’ displacements were investigated. Analyses were conducted in two variants - when only soil weight is acting on the tunnel construction and when the external load transmitted from the surface is present. Also two variants of the backfill height were investigated - they were equal to one and two diameters of the tunnel. The values of tunnel loads, which were numerically calculated, were compared with the corresponding values, calculated by the Hewett’s method. It is shown that distribution of tunnel loads and stresses in the surrounding soil is strongly linked with the tunnel construction stiffness, thus it can be significantly different from standard load situations for such constructions.

Słowa kluczowe

PL

budownictwo; metoda elementów dyskretnych; obudowa walcowa

EN

civil engineering; discrete element method; tunnel lining

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 68, nr 1
• Strony: 175--195
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szklennik Paweł

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji, ul. gen. W. Urbanowicza 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Abbett R.W., American Civil Engineering Practice, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1956.
• [2] Bartoszewski J., Lessaer S., Tunele i przejścia podziemne w miastach, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa, 1971.
• [3] Christensen R., Mechanics of composite materials, John Wiley, New York, 1979.
• [4] Cundall P.A., Strack O.D.L., A discrete numerical model for granular assemblies, Géotechnique, 29, 1, 1979, 47-65.
• [5] Dawydow S.S., Obliczanie i projektowanie konstrukcji podziemnych, MON, Warszawa, 1954.
• [6] Hewett B.H.M., Johanneson S., Schild und Druckluft Tunnelbau, Werner Verlag, Düsseldorf, 1964.
• [7] Kruyt N.P., Rothenburg L., Micromechanical definition of strain tensor for granular materials, ASME Journal of Applied Mechanics, vol. 118, 1996, 706-711.
• [8] Lätzel M., From microscopic simulations towards a macroscopic description of granular media, PhD thesis, University of Stuttgart, Stuttgart, 2003.
• [9] Miehe C., Schröder J., Becker M., Computational homogenization analysis in finite elasticity: Material and structural instabilities on the micro- and macro-scales of periodic composites and their interaction, Comput. Meth. Appl. Mech. Eng., vol. 191, 2002, 4971-5005.
• [10] Nemat-Nasser S., Hori M., Micromechanics: overall properties of heterogeneous materials, North Holland, Amsterdam, 1993.
• [11] Ramm E., D’Addetta G.A., Leukart M., Interrelations between continuum and discontinuum models for geomaterials, VII International Conference on Computational Plasticity COMPLAS, Barcelona, 2003.
• [12] Rojek J., Modelowanie i symulacja komputerowa złożonych zagadnień mechaniki nieliniowej metodami elementów skończonych i dyskretnych, IPPT PAN, Warszawa, 2007.
• [13] Stamatello H., Tunele i miejskie budowle podziemne, Arkady, Warszawa, 1970.
• [14] Szklennik P., Identification of numerical model parameters of tunnel lining in non-cohesive soil, Biuletyn WAT, 67, 4, 2018, 41-58, DOI: 10.5604/01.3001.0012.8484.

Uwagi

1. Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).

2. Praca powstała w ramach pracy badawczej statutowej nr 934 realizowanej w Wydziale Inżynierii Lądowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej.