Nghiên cứu ảnh hưởng hình dạng mặt cắt ngang đến trạng thái ứng suất và biến dạng của đường hầm metro dưới tác dụng của vụ nổ trên mặt đất

Từ khóa:

Mô phỏng số
nổ trên mặt đất
phá hủy bê tông cốt thép

https://doi.org/10.59382/j-ibst.2025.vi.vol3-4

Tóm tắt:

Bài báo này tập trung vào nghiên cứu và đánh giá sự ảnh hưởng hình dạng mặt cắt ngang đến trạng thái ứng suất - biến dạng của đường hầm metro dưới tác dụng của vụ nổ trên mặt đất. Đường hầm tàu ​​điện ngầm có tiết diện mặt cắt ngang lần lượt hình hộp chữ nhật, hình tròn và vòm tường thẳng chôn trong môi trường đất đá ở độ sâu 7 m được sử dụng để khảo sát trạng thái ứng suất - biến dạng dưới tác dụng của vụ nổ 1000 kg thuốc nổ TNT trên mặt đất. Phần mềm mô phỏng ABAQUS được sử dụng để mô hình hóa và phân tích kết quả của bài toán này. Kết quả chỉ ra rằng các đường hầm có mặt cắt ngang hình tròn có khả năng chịu tải trọng nổ trên mặt đất tốt nhất, tiếp đến là mặt cắt vòm tường thẳng và hình hộp chữ nhật.

Nội dung:

Tài liệu tham khảo:

[1] Hendron, A.J., (1977). Engineering of rock blasting on civil projects. In: Hall, W.J. (Ed.), Structural and Geotechnical echanics, A Volume Honoring NM Newmark. Prentice Hall, New Jersey.

[2] Kendorski, F.S., Jude, C.V., Duncan, W.M., (1973). Effect of blasting on shotcrete drift linings. Min. Eng. 25 (12), 38–41.

[3] Cheesman, B.A., Wolf, S., Yen, C.F., Skaggs, R., (2006). Blast simulation of explosive buried in saturated sand. Fragblast 10 (1), 1–8.

[4] Nakano, K., Okada, S., Furukawa, K., Nakagawa, K., (1993). Vibration and cracking of tunnel lining due to adjacent blasting. In: Rombun-Hokokushu, D.G. (Ed.), Proceedings of the Japan Society of Civil Engineers, pp. 53–62 (in Japanese).

[5] Wang, Z., Lu, Y., (2003). Numerical analysis on dynamic deformation mechanism of soils under blast loading. Soil Dyn. Earthquake Eng. 23, 705–714.

[6] Wang, Z., Hao, H., Lu, Y., (2004). A three-phase soil model for simulating stress wave propagation due to blast loading. Numer. Anal. Meth. Geomech. 28 (1), 33–56.

[7] Lu, Y., Wang, Z., Chong, K., (2005). A comparative study of buried structure in soil subjected to blast load using 2D and 3D numerical simulations. Soil Dyn. Earthquake Eng. 25, 275–288.

[8] Wang, Z., Lu, Y., Hao, H., Chong, K., (2005). A full coupled numerical analysis approach for buried structures subjected to surface blast. Comput. Struct. 83, 339–356.

[9] Luo, K.S., Wang, Y., Zhang, Y.T., Huang, L.K., (2007). Numerical simulation of section subway tunnel under surface explosion. J. PLA Univ. Sci. Technol. (Nat. Sci. Ed.). 8 (6), 674–679.

[10] ABAQUS Theory Manual, revision (2020), Pawtucket, Rhode Island, Mỹ.

[11] Phan Thành Trung, Nguyễn Quốc Bảo, Vũ Đức Hiếu (2020), Đánh giá sự phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng tải trọng nổ tiếp xúc bằng mô phỏng số và thực nghiệm tại hiện trường, Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 14(5V) tháng 11, tr 180-196, Trường Đại học Xây dựng.

[12] Phan Thành Trung, Nguyễn Quốc Bảo, Nguyễn Hữu Hà (2021), Đánh giá sự phá hủy cấu kiện bê tông cốt thép dưới tác dụng tải trọng nổ gần bằng mô phỏng số và thực nghiệm tại hiện trường, Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 1, tr 39-47, Viện Khoa học công nghệ xây dựng.

[13] McGuire, W., (1974), “Prevention of Progressive Collapse”, Proceedings of the regional Conference on Tall Buildings, Asian Institute of Technology, Bangkok, Thailand.

[14] Izzuddin, B.A. (2008). “Simplified assessment of structural robustness for sudden component failures”, COST Action TU0601, 1st Workshop on Robustness of Structures, ETH Zurich, Switzerland.

[15] Monagan J. J. An introduction to SPH, Comput. Phys. Comm (1988). Vol. 48. P. 89-96.

[16] Hayhurst CJ, Clegg RA (1997), Cylinderically symmetric SPH simulations of hypervelocity impacts on thin plates. Int J Impact Eng 1997, 337-48.

[17] E. Lee, M. Finger, W. Collins (1973), JWL equations of state coefficient for high explosives, Lawrence Livermore Laboratory, Livermore, Calif, UCID-16189, Berkeley. 

[18] Holmquist TJ, Johnson GR and Cook WH (1993), A computational constitutive model for concrete subjected to large strains, high strain rates, and high pressures. In: The 14th international symposium on ballis-tic, Quebec, Canada, 26–29 September, pp. 591-600. Arlington, VA: American Defense Preparedness Association.

[19] Johnson G. R., Cook W. H.(1983), A Constitutive Model and Data for Metals Subjected to Large Strains, High Strain Rates and High Temperatures, Proceedings of the 7th Inter-national Symposium on Ballistics, The Hague, The Netherlands.

[20] Johnson G. R., Cook W. H.(1985), Fracture characteristics of three metals subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressure, EngngFractMech, Vol. 21(1), pp. 31-48.

[21] Yang, Y., Xie, X., Wang, R., (2010). Numerical simulation of operating metro tunnel induced by ground explosion. J. Rock Mech. Geotech. Eng. 2 (4), 373–384.