تونل­ها از جمله سازه­ هایی هستند که به هنگام تهدیدها می ­توانند به عنوان پناهگاه مورد استفاده قرار بگیرند، لذا بررسی اثرات پدیده انفجار بر این گونه سازه­ ها از اهمیت بالایی برخوردار می باشد. بررسی محیط ­های خاکی نیز به عنوان ناحیه انتقالی بین محل وقوع انفجار و سازه خود مستلزم بررسی های همه جانبه در این مورد است . خاک ­ها در طبیعت به حالت اشباع و غیراشباع و خشک وجود دارند . مکانیزم رفتاری متفاوت خاک­ های غیراشباع بررسی دقیقتر مدل­سازی این گونه از خاک ها را ضروری می­ کند .در این تحقیق اثر انفجار سطحی بر روی تونل مورد بررسی قرار گرفته است. در بخشی از تحقیق پیش رو ابتدا اثر انفجار بر تونل در خاک خشک و اشباع با استفاده از نرم افزار اجزا محدود Plaxis 8.5 Professional بررسی گردیده است . تاثیر پارامتر­های مختلف موثر همچون تراز سفره آب زیر زمینی، مدول الاستیسیته خاک و بتن، ضخامت پوشش بتنی، چسبندگی خاک و برخی دیگر از پارامترهای مهم در مسئله مورد توجه بوده و نتایج برای خاک خشک و اشباع ارائه شده است. نتایج نشان می ­دهد آب به عنوان عامل تشدید کننده تغییر مکان تاج تونل نتایج را تحت تاثیر قرار می دهد. ضمن آنکه با افزایش مدول الاستیسیته خاک و بتن و افزایش چسبندگی، تغییر مکان تاج تونل رو به کاهش خواهد بود. در بخش دیگری از این تحقیق به بررسی تحلیلی اثرات موج برشی ناشی از انفجار سطحی در محیط ­های غیراشباع ماسه ای بر تونل پرداخته شده است. برای حل مسئله از روش شبه استاتیکی استفاده گردیده است. سپس با به کارگیری تاثیرات درجه اشباع بر مدول برشی خاک ­ها، با به کارگیری نرم افزار Plaxis، برآوردی از نتایج در خاک­ های لایه ­ای غیراشباع حاصل گشته است . نتایج نشان می ­دهد با افزایش درجه اشباع ، تنش ­های درونی تونل افزایش یافته و سبب بروز تغییر شکل ­های بزرگتر می ­شود . حضور آب از آنجا که سبب کاهش مدول برشی خاک می­ گردد باعث می­ شود تغییر شکل ­های بزرگتری در تونل به وجود آید.

 توضیحات بیشتر

توانمندی های نرم افزار:

جهت تحلیل عددی به روش اجزا محدود الگوهای به کار گرفته شده در این پژوهش، از نرم­افزار Plaxis با توجه به امکانات و ویژگی­های خاص این نرم­افزار استفاده شده است. در حالت خاص می­توان از آن برای تحلیل­های تنش و تغییرشکل و پایداری در مهندسی ژئوتکنیک استفاده نمود. در مسائل مهندسی ژئوتکنیک جهت الگوسازی رفتار غیرخطی و وابسته به زمان خاک­ها نیاز به استفاده از الگوهای رفتاری پیچیده می­باشد. علاوه بر این با توجه به اینکه خاک یک محیط چندفازه می­باشد برای بررسی فشار منفذی در خاک لازم است روش­های خاصی مدنظر قرار گیرد. نرم­افزار Plaxis دارای امکانات ویژه­ای جهت بررسی مفاهیم عددی سازه­های ژئوتکنیکی پیچیده می­باشد. با توجه به شکل گرافیکی ساده جهت وارد کردن داده­های ورودی، امکان وارد کردن الگوهای پیچیده اجزا محدود را به سرعت فراهم می­کند.

آنچه در این کد خواهید آموخت:

1- تراز آب زیرزمینی اثر افزایشی بر میزان تغییرمکان تونل دارد. با افزایش تراز آب بالای تونل، تغییرمکان و نیروهای وارد بر تونل در اثر انفجار افزایش می­یابد. بیشترین تغییرمکان در حالتی رخ می­دهد که خاک بالای تونل کاملا اشباع باشد. 

2- با افزایش ضخامت پوشش بتنی تونل، تغییرمکان تونل مقادیر کمتری خواهد داشت. این امر به جهت افزایش سختی تونل اتفاق می افتد. 

3- با افزایش مدول الاستیسیته بتن همان­گونه که انتظار می­رود سختی تونل بیشتر شده و لذا تغییرمکان تونل کاهش می یابد.

4-افزایش مدول الاستیسته خاک به شدت بر نتایج تاثیرگذار است. با افزایش مدول الاستیسیته خاک زمان وقوع حداکثر جابه­جایی تونل به طور قابل ملاحظه­ای کاهش می­یابد. نکته قابل توجه دیگر آن که در خاک­های با مدول الاستیسیته بیشتر، نوسان­ها تغییرمکان شدت بیشتری خواهد داشت. این بدان معناست که در خاک­های با مدول الاستیسیته بیشتر، موج ضربه ناشی از انفجار دیرتر میرا می­گردد. تغییرمکان­های تونل نیز با افزایش مدول الاستیسیته خاک به طور محسوسی کاهش می­یابند.
5- چسبندگی خاک نیز در طبیعت نقش سخت­کنندگی ایفا می­کند. افزایش چسبندگی باعث کاهش تغییرمکان تونل می­شود. ضمن آن که با افزایش چسبندگی، میزان زمان وقوع حداکثر جابه­جایی تونل تحت تاثیر قرار گرفته و زمان آن کاهش می­یابد. 
6- با افزایش درجه اشباع و متناسب با آن­، کاهش فشار مکش درون خاک، نیروی محوری و لنگر خمشی در تونل افزایش می­یابد. 
7 – با افزایش ضریب انعطاف­پذیری، سهم تونل از تنش­های ناشی از انفجار کاهش می­یابد.
8 – نیروی محوری و لنگر خمشی وارد بر تونل در خاک اشباع بیشترین مقدار را دارد و با کاهش درجه اشباع، سهم تونل از این نیروها رو به کاهش می­رود. 
9 – تغییر مکان تونل در حالت خاک اشباع بیشترین مقدار را دارد. با کاهش درجه اشباع و متناسب با آن، افزایش فشار مکش، سختی خاک بیشتر شده و نهایتا تغییر شکل­های تونل در اثر انفجار کاهش می یابد.
10 – در بسیاری از حالات می­توان با در نظر گرفتن حالت بحرانی، یعنی با فرض اشباع کامل بودن خاک، با ضریب اطمینان مناسب مسائل را حل کرد.
11- با افزایش ضخامت لایه خاک غیراشباع، تغییرمکان تاج تونل تحت تاثیر قرار می­گیرد به گونه­ای که مدول الاستیسیته خاک با مرطوب شدن بخش بیشتری از خاک کاهش یافته، لذا مقاومت خاک در برابر انفجار وارده کاهش پیدا می­کند. این امر سبب بروز تغییرمکان­های بزرگتری در تونل می­گردد. به طوری که با افزایش 5 متری ضخامت خاک غیراشباع، حدود 10 الی 15 درصد افزایش در تغییرمکان تاج تونل مشاهده گردید.

پیشنهادها
1- در این پژوهش، اثر انفجار بر تونل در مدل دو بعدی مورد بررسی قرار گرفته است، پیشنهاد می­شود با به کارگیری نرم افزارهای سه بعدی اجزا محدود نتایج بررسی شده و با مدل دو بعدی مقایسه صورت گیرد.
2- مدل­های رفتاری خاک­های غیراشباع پیشرفت چشم­گیری داشته­اند. می­توان با به کارگیری مدل­های رفتاری هم چون مدل رفتاری بارسلونا، مدل هیپو پلاستیک غیر اشباع و ... رفتار دقیق­تری از خاک غیر اشباع پیش بینی کرده و تونل تحت اثر انفجار مورد ارزیابی قرار گیرد.
3- استفاده از مدلسازی­های فیزیکی کوچک مقیاس توسط سانتریفیوژ می­تواند در بررسی پدیده انفجار در خاک­های خشک، اشباع و غیراشباع مورد استفاده قرار گرفته و نتایج دقیق­تر و واقع بینانه­تری را ارائه کند.
4- در مدلسازی صورت گرفته در این پژوهش اثر انفجار سطحی مورد بررسی قرار گرفته است. در بسیاری از مواقع، در حملات هوایی از موشک­هایی استفاده می­شود که موشک بعد از نفوذ در عمقی از خاک منفجر شده و موج ضربه­ای شدیدی ایجاد می­نمایند.