ضرورت طراحی سازه های امن در مقابل انفجار بمب های هوایی در سطح زمین، بر کسی پوشیده نیست. در راستای نیل به این هدف، نحوه انفجار بمب و انتشار موج تنشی ناشی از انفجار در محیط سنگی ناپیوسته در این تحقیق مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته و پایداری سازه های زیر زمینی در مقابل انفجار سطحی بمب ها تحلیل شده است. در این مطالعه پس از انتخاب پالس دینامیکی ناشی از انفجار یک بمب با وزن و میزان نفوذ معین در سطح زمین، و محاسبه شکل و ابعاد کراتر ایجاد شده در اثر انفجار بمب، پالس دینامیکی به صورت شعاعی به مرز کراتر اعمال شده و نحوه انتشار و میرایی موج در محیط سنگی ناپیوسته مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. به منظور مدل سازی محیط ناپیوسته و انتشار موج دینامیکی در این محیط از نرم افزار المان مجزای UDEC که قابلیت تحلیل دینامیکی مدل ناپیوسته زمین را داراست، استفاده شده است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که برای یک بمب با وزن و میزان نفوذ معین با افزایش عمق سازه، احتمال ناپایداری سازه در اثر شوک انفجار در سطح زمین کاهش می یابد. همچنین وجود ناپیوستگی های موثر (باسختی و پارامترهای مقاومتی پایین) نیز این احتمال را کاهش می دهند. تحت شرایط یکسان چنانچه زاویه شیب ناپیوستگی نسبت به خط واصل مرکز انفجار و محل سازه حدود 60 درجه باشد احتمال پایداری سازه نسبت به سایر زاویه ها افزایش می یابد.

پدیده انفجار از نوع مسائل با نرخ کرنش بالا است که برای حل آن نیاز به تحلیل دینامیکی هست. همچنین با توجه به اندرکنش بین سازه های زیرزمینی و خاک تحلیل این سازه ها تحت اثر هر نوع بار از نوع تحلیل غیرخطی است. به این ترتیب تحلیل سازه های زیرزمینی تحت اثر انفجار از نوع م سائل با نرخ کرنش بالا است که برای حل آن نیاز به تحلیل دینامیکی غیرخطی میباشد. دو روش حل ضمنی و صریح برای تحلیل دینامیکی وجود دارد که با توجه به شرایط مسائل انفجار تحلیل آنها به صورت حل انتگرالی صریح است. روشهای شبیه سازی عددی به عنوان یک روش نوین در محاسبه بارهای دینامیکی غیرخطی کاربرد وسیعی یافته اند. بر اساس نتایج پژوهشگران از میان نرم افزارهای صریح موجود نرم افزار اتوداین به دلیل قدرت زیاد در حل مسائل با نرخ کرنش بسیار بالا نتایج مناسبی از شبیه سازی و تحلیل مسائل انفجار به دست می دهد. از طرفی بارگذاری انفجاری سازه های زیرزمینی غالباً بر اساس رابطه های حاصل از پژوهش های نظری و تجربی انجام می شود. در این پژوهش از روش شبیه سازی عددی برای تحلیل و شبیه سازی اثر انفجار سطحی روی سازه زیرزمینی استفاده شده است. همچنین کلیه مراحل انجام شده است. به منظور تحلیل چگونگی بارگذاری، پاسخ سازه زیرزمینی در اعماق متفاوت AUTODYN شبیه سازی با استفاده از هیدروکد بررسی شده و نتایج عددی با روابط ارائه شده در دستورالعمل ارتش آمریکا و نیز منابع معتبر علمی مقایسه شده است. در نهایت پیشنهاداتی در راستای بهبود بارگذاری سازه های مذکور در طراحی ها ارائه شده است.

به طور کلی سازه های زیرزمینی در هنگام اعمال بارهای دینامیکی همچون زلزله و انفجار از خود رفتار غیرخطی نشان می دهند. یکی از مهم ترین پارامترها برای بارگذاری، تحلیل و طراحی این نوع از سازه ها تحت اثر بارهای دینامیکی ضریب رفتار است. این ضریب به نحوی مشارکت دهنده رفتار غیرخطی سازه در تحلیل های خطی و یا به عبارت دیگر یک عامل موثر بر رفتار غیرخطی سازه در تحلیل های خطی است. با اعمال این ضریب می توان تحلیل های خطی را جایگزین تحلیل های غیرخطی مرسوم در تحلیل و طراحی سازه های مقاوم در برابر انفجار که عمدتا وقت گیر و پیچیده اند، نمود. بررسی ها نشان می دهد، مقدار یا محدوده ی قابل قبولی برای ضریب رفتار پوشش بتنی سازه های زیرزمینی تحت اثر بارهای انفجاری مشخص نمی باشد. به صورت متداول برای یافتن این ضریب ابتدا سازه توسط یک نرم افزار عددی که قادر به محاسبه اندرکنش سازه و خاک است، مدل شود. در این تحقیق مفاصل پلاستیک با استفاده از نرم افزار SAP2000 معرفی شده و تحلیل پوش آور روی پوشش بتنی تونل تحت الگوی بار انفجاری صورت پذیرفته است. همچنین به کمک خروجی تحلیل های عددی، منحنی دو خطی نیرو-تغییر مکان قایم برای سطوح عملکرد مختلف سازه ترسیم شده است. در انتها با کمک روابط تحلیلی بیان شده در مقاله، ضریب رفتار سازه تحت الگوی بار انفجاری به دست می آید. مشاهده می شود ضریب رفتار برای این گونه سازه ها فقط وابسته به دو پارامتر شکل پذیری سازه و مقاومت افزون آن در رفتار غیرخطی است.

در این نوشتار پس از صحت سنجی یک مدل عددی با نتایج آزمایش های سانتریفیوژ انجام شده بر روی یک تونل مترو، اثر انعطاف پذیری پوشش تونل در پاسخ شتاب سطح زمین مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج مطالعه پارامتری نشان می دهد که دو سیستم با ضریب انعطاف پذیری یکسان، ولی با جنس متفاوت منجر به پاسخ یکسان شتاب در سطح زمین می شوند. پارامتر ضریب انعطاف پذیری، پاسخ شتاب در سطح زمین را تحت تاثیر قرار می دهد و این مساله تحت تاثیر محتوای بسامدی حرکت ورودی و بسامد طبیعی سیستم است. پوشش سخت تر (با ضریب انعطاف پذیری کمتر) باعث بزرگ نمایی بیشتر پاسخ در دوره های تناوب پایین نسبت به پوشش های منعطف تر شده است، که می تواند برای ساختمان های کوتاه مجاور تونل مساله ساز باشد. در حالی که پوشش منعطف تر منجر به پاسخ بیشتر شتاب در دوره های تناوب بلندتر نسبت به پوشش های سخت تر می شود، که سازه های بلند را تهدید می کند.

چگونگی انتشار امواج ضربه ای ناشی از انفجار در محیط پیرامونی سازه زیرزمینی بسیار پیچیده است. این پیچیدگی به سبب اندرکنش سازه و خاک پیرامون آن و نیز کاهندگی این امواج در لایه های خاک می باشد. در این پژوهش، با شبیه سازی عددی امواج ضربه ای اثر شبه سنجه های گوناگون مانند گونه خاک، گونه بتن و ژرفای سازه زیرزمینی بر روی کرنش بیشینه در تاج و در میانه درازای سازه بررسی شده است. بار انفجاری با وارد کردن اندازه ماده منفجره هم ارز با انفجار900 کیلوگرم تی ان تی، در نرم افزار آباکوس شبیه سازی شده است. همچنین برای شبیه سازی خاک پیرامون سازه زیرزمینی الگوی موهر – کولمب به کار گرفته شده است که اثرات غیرخطی بودن خاک را در برمی گیرد. با توجه به یافته های به دست آمده از تحلیل الگو های گوناگون روشن شد که ژرفای سازه زیرزمینی، گونه خاک و گونه بتن به کار رفته در سازه به ترتیب بیشترین اثر را در کرنش بیشینه پدید آمده در سازه را دارا هستند.

در مقاله حاضر، پس از توضیح اصول و قواعد مدل سازی فیزیکی با دستگاه سانتریفیوژ در ژئوتکنیک، کاربرد این اصول در مدل سازی انفجار شرح داده شده است. در ادامه نحوه انجام آزمایش انفجار و تجهیزات مورد نیاز آزمایش تشریح شده است. در انتها نتایج بارگذاری انفجار در یک دستگاه سانتریفیوژ به صورت تاریخچه زمانی شتاب، فشار و کرنش برای دو نقطه مختلف از سازه زیرزمینی که در عمق 6/ 5 متری سطح زمین قرار گرفته، ارائه گردیده است. نتایج به دست آمده از این آزمایش انطباق خوبی با روابط موجود در آیین نامه ها و تحقیقات گذشته دارد. از نتایج این مطالعه می توان برای درک بهتر اثر بارگذاری انفجار بر سازه های زیرزمینی و در صورت لزوم صحت سنجی نرم افزارهای عددی جهت مطالعات وسیع تر استفاده کرد.

با گسترش جمعیت و پیشرفت جوامع، ایجاد تونل در کلان شهرها ضرورت یافته است. احداث تونل های راه و همچنین مترو کمک شایانی به کاهش ترافیک نموده و تونل های انتقال آب، نیاز کلان شهرها به آب را برطرف ساخته یا در سدها به کار گرفته می شوند. تونل ها نیز مانند هر سازه دیگری تحت تاثیر بارها و تنش های گوناگون قرار دارند. به طور کلی، بارهای وارده بر تونل ها شامل بارهای استاتیکی و دینامیکی می باشد که می بایست در طراحی تونل ها مورد توجه قرار گیرند. در این مقاله وضعیت پایداری تونل انتقال آب جیرفت ارزیابی شده است. ابتدا تنش های اولیه محاسبه شده و سپس بر اساس روابط کرش (Kirsch) تنش های ثانویه ناشی از بارهای استاتیکی در جداره و تاج تونل محاسبه گردیده اند. سپس با استفاده از روش تحلیل لرزه ای بر اساس «تغییر شکل زمین آزاد» کرنش های سطح زمین که از ارتعاشات زلزله احتمالی ناشی می شوند، بدون در نظر گرفتن اندرکنش بین پوشش بتنی تونل و توده سنگ محاسبه شده است. پس از محاسبه کرنش، با استفاده از روش ساده شده «حل شکل های بسته» (Closed form solutions) و روابط وانگ (Wang) و پنزین (Penzien) مقادیر نیروهای ناشی از زلزله، یعنی نیروی محوری و لنگر خمشی وارده به مقطع تونل با در نظر گرفتن اندرکنش پوشش بتنی و توده سنگ اطراف محاسبه شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که بارهای ناشی از امواج زلزله می تواند پایداری سازه های زیرزمینی، به ویژه تونل ها را تحت تاثیر قرار دهد.

تونل های زیرزمینی نقش مهمی در محافظت از تاسیسات مهم در برابر نیروهای مختلف از جمله انفجار ایفاء می کنند. انفجارهای سطحی و نفوذی می توانند سربار تونل و یا محیط در برگیرنده تونل را به زوال برسانند و بار زیادی را به پوشش تونل وارد نمایند. بنابراین جهت دوام تونل می بایست بار انفجار در طراحی تونل در نظر گرفته شود تا بتواند بار حاصل از خرابی خاک و سنگ اطراف را تحمل کند. یکی از معیارهای پر کاربرد برای ارزیابی شکست تونل و سازه های زیرزمینی، سرعت بیشینه ذرات می باشد. در این مقاله، این معیار جهت بررسی رفتار تونل های زیرزمینی تحت اثر انفجار سطحی استفاده شده است. در این راستا، با استفاده از شبیه سازی عددی رفتار تونل های با سطح مقطع مستطیلی و نعل اسبی تحت اثر انفجار سطحی مورد بررسی قرار می گیرد. برای شبیه سازی از نرم افزار LSDYNA استفاده شده است. در ادامه با مقایسه سرعت بیشینه ذرات و تغییر مکان در مرکز سقف و تنش فون مایزز در المان تاج تونل برای مقاطع نعل اسبی و مستطیلی اثر شکل مقطع بر رفتار تونل تحت اثر انفجار بررسی می شود. مشاهده می شود، در صورتی که ابعاد تونل ها یکسان در نظر گرفته شود، محیط دربر گیرنده تونل با مقطع مستطیل شکل مقاومت بیشتری نسبت به محیط دربر گیرنده مقطع نعل اسبی دارا می باشد.