آموزش Flac 2D – قسمت سوم

– حفاری تونل

پس از طی مراحل قبلی، اکنون زمین به تعادل رسیده است. بوسیله کنترل روند جابجایی های رخ داده در مدل، می توان به تعادل رسیدن آن را چک کرد. برای اینکار می توانید روند جابجایی نقاط را توسط دستور history بررسی کنید که توضیح آن را به بعد موکول می کنیم.

پس از ایجاد تعادل، نوبت به حفاری تونل می رسد. همانطور که گفتیم، بهتر است این مرحله را بصورت جداگانه انجام دهیم. اینکار برای جلوگیری از محاسبات مرحله قبل بسیار مفید می باشد. برای اینکار، یک فایل دیگر مشابه با Geo.dat با نام دیگری (مثلا Ex.dat) بسازید. برای لحاظ نشدن تاثیر مدل های قبلی، در ابتدای این فایل new را تایپ کنید. سپس، برای فراخوانی نتایج حاصل از مرحله قبل یعنی Geo.sav، کد Restore Geo.sav را در سطر بعد از new تایپ کنید.

در اینجا ذکر یک نکته دارای اهمیت است: در مرحله قبلی، بعد از انجام محاسبات مقداری جابجایی در زمین ایجاد می شود. در صورت ادامه محاسبات در مراحل بعدی، این جایجایی با جابجایی های بعدی جمع خواهد شد. اما در واقعیت، عامل تاثیر گذار برای تحلیل تونل و سیستم نگهداری، جابجایی است که در اثر حفر تونل ایجاد خواهد شد. به همین دلیل لازم است جابجایی های اولیه ایجاد شده در مرحله تعادل زمین از نتایج نهایی حذف شوند. بدین منظور می توان از دستور initial xdisp 0 ydisp 0  قبل از ادامه مراحل تحلیل در فایل ex.dat استفاده کرد.

انجام محاسبات فرض کنیم که هدف مدل سازی حفاری به شکل تمام مقطع و دایروی می باشد. برای اینکار، در حالت گرافیکی نرم افزار در منوی  Material به زیرمنوی Assign بروید. سپس در صفحه باز شده، در سمت راست در بالا ابتدا صفحه Region و سپس null را انتخاب کنید و بر روی قسمت دورنی تونل کلیک کنید. خواهید دید که قسمت درونی مرز تونل پاک می شود:

.

.

 

سپس به ترتیب قبل دستور حفاری را به فایل Ex.dat منتقل کنید. تا به اینجا باید دستورات زیر در فایل Ex.dat وجود داشته باشند:

new

restor geo.sav

initial  xdisp 0 ydisp 0

model null region 40 33

دستور mudel null در واقع بمعنای اعمال مدل رفتاری null برای تونل است که معادل محیطی دارای خصوصیات دانسیته و پارامترهای  الاستیسیته و مقاومتی برابر با صفر می باشد.

پس اعمال حفاری، امکان اعمال سیستم نگهداری وجود دارد. اما در شرایط واقعی، امکان نصب نگهداری بلافاصله پس از حفاری وجود ندارد. در واقع همیشه بعد از حفر تونل، مقداری تغییر و جابجایی در زمین رخ می دهد. این موضوع در روش حفاری نوین اتریشی (NATM) امری مطلوب محسوب می شود. در واقع نصب نگهداری باید در هنگامی صورت گیرد که از وارد شدن زمین به فاز جابجایی های پلاستیک جلوگیری نماید. یکی از روش های رایج تعیین زمان مناسب نصب نگهداری استخراج منحنی رفتاری زمین (GRC) و استفاده از تئوری موسوم به همگرایی- همجواری (Convergence-Confinement)می باشد. امکان رسم نمودار GRC در نرم افزار Flac نیز وجود دارد.

شرح کامل مکانیزم جابجایی ها و چگونگی تشخیص زمان مناسب نگهداری یکی از مهمترین موضوعات تونل زنی است و توضیح آن در حوصله این مطلب نمی گنجد.

در اینجا، با انجام محاسبات به اندازه ۳۰  گام، اقدام به نصب سیستم نگهداری می نماییم. برای اینکار، پس از دستور model null region 40 33، در فایل Ex.dat دستور Step 30 را تایپ کنید. سپس، برای ذخیره سازی نتایج محاسبات تا این مرحله، دستور Save ex.sav را در انتها تایپ کنید:

Step 30

Save ex.sav

حال پس از ذخیره تغییرات ایجاد شده، فایل Ex.dat را فراخوانی نمایید.

– اعمال سیستم نگهداری

سیستم نگهداری مورد استفاده شامل ۲۰ سانتیمتر شاتکریت می باشد. برای تفکیک بهتر بخش­ های مختلف مدل سازی، یک فایل متنی با نام Sup.dat بسازید. به ترتیب قبل، برای پاک کردن اتوماتیک مدل های قبلی و فراخوانی نتایج مرحله حفاری، دستورات زیر را در فایل Sup.dat بنویسید:

New

Restore ex.sav

توجه کنید که در اینجا دیگر لازم به حذف جابجایی های قبلی نیست، چرا که هدف از تحلیل بررسی تاثیر همین جابجایی ها بر پایداری تونل است.

پس از ذخیره تغییرات در فایل متنی، آن را در مد گرافیکی نرم افزار فراخوانی نمایید. خواهید دید که تصویر مدل به همراه تونل ظاهر خواهد شد. حال در منوبار بالا به قسمت structure رفته و سپس المان Beam+ را نتخاب نمایید:

.

.

 

در صفحه باز شده، در سمت راست گزینه های Add، Long و to grid را انتخاب کنید. حال با موس بر روی یکی از گره های مرزی داخلی تونل کلیک کنید. خواهید دید که سیستم نگهداری ظاهر خواهد شد:

.

.

 

حال بر روی Execute کلیک کرده و لیست دستورات مربوط به نگهداری (که معمولا تعداد سطرهای زیادی دارد) را کپی و به فایل Sup.dat منتقل کنید. بدلیل طولانی بودن این دستورات از آوردن آن ها در این متن خودداری می کنیم.

تا این مرحله، هندسه و موقعیت سیستم نگهداری برای نرم افزار معرفی شده است. در مرحله بعد بایستی خصوصیات و پارامترهای سیستم نگهداری تعریف شود. اگر به آخر سطرهای کپی شده آخر در دستورات توجه کنید، خواهید دید که نرم افزار بطور خودکار شناسه رفتاری ۱۰۰۱ را برای نگهداری لحاظ کرده است. برای مثال:

struct beam begin node 78 end node 79 prop 1001

در نتیجه شما باید خصوصیات را با همین کد رفتاری برای نرم افزار تعریف کنید.

برای اینکار، بصورت مستقیم دستورات زیر را در ادامه وارد نمایید:

struct prop 1001 area 0.2  E 2.0e10   i 6.67e-4 density 2500

در دستورات بالا، عدد بعد از prop مربوط به شناسه رفتاری(در اینجا ۱۰۰۱)، عدد بعد از area مربوط به ضخامت شاتکریت(در اینجا ۲/۰ متر)، عدد بعد از E معادل مدول الاستیک شاتکریت (در اینجا برابر با ۱۰^۱۰*۲ پاسکال) عدد بعد از i مربوط به ممان دوم سطح (برای سیستم نگهداری مورد استفاده معادل BH3/12  که در اینجا برابر با ۰۰۰۶۷/۰ خواهد شد) و عدد بعد از density نیز معادل وزن مخصوص (در اینجا برای شاتکریت ۲۵۰۰ کیلوگرم بر متر مکعب) هستند.

پس از نوشتن دستورات فوق در فایل sup.dat، مدل آماده انجام محاسبات برای محک زدن کفایت سیستم نگهداری است. برای اینکار، می توانید در خاتمه فایل متنی دستور

Solve  sratio 1e-5

  را وارد کنید. سپس برای ذخیره نتایج، دستور save sup.sav را بنویسید و فایل sup.sav را فراخوانی کنید. همانطور که خواهید دید، پس از دقایقی انجام محاسبات متوقف خواهد شد.

–      کنترل نتایج

اصولا  برای کنترل کارایی نگهداری از روش های مختلفی استفاده می شود. ساده ترین نوع کنترل توانایی نگهداری برای جلوگیری از ناپایداری ها، چک کردن جابجایی های رخ داده و روند آن هاست. برای دیدن گراف های جابجایی می توانید در منوبار بالا به بخش plot رفته و سپس در پایین آن model  را انتخاب نمایید. پس از آن در لیست باز شده Contour – GP و بعد از آن ydisp را برای مشاهده جابجایی های عمودی رخ داده انتخاب کنید. همانطور که می بینید جابجایی های حداکثر در حدود ۵/۲ سانتیمتر هستند که مقدار قابل قبولی محسوب می شود. به همین ترتیب می توانید جابجایی افقی، بردارهای جابجایی و … را مشاهده نمایید. البته اصولا باید روند تغییرات پارامترهای فوق نیز کنترل شود که آن ها را می توان توسط دستور History مشاهده نمود.

راه حل اصولی تر دیگر برای کنترل جابجایی، بررسی کارایی سازه ای آن از طریق استخراج نیروها و ممان های ایجاد شده است که توضیح این روش در  این جا نمی گنجد.

۱۰ دیدگاه

  • با سلام و تشکر از مطالب خوب شما. سوالی داشتم: خطای bad geometry را پس از ران کردن کدها چطوری باید رفع کنیم؟ با تشکر فراوان.

  • با سلام، توضیح بیشتر:
    من اول شبکه را ایجاد کردم و پس از تعیین material و Fix کردن و تعیین شتاب گرانش و … مدل را solve کردم تا ب تعادل برسد. بعد از آن حفاری تونل را در قسمت مورد نظر انجام دادم، پس از مرحله مدل را دوباره solve کردم تا میزان نشست سطحی و همگرایی تونل را ببینم. در این قسمت با خطای bad geometry مواجه شدم. به طور کلی پس از گرفتن solve پس از حفاری با چنین پیغامی مواجه میشم. با تشکر فراوان

  • با سلام و عذرخواهی از بابت تاخیر در جواب
    مشکل مدل شما احتمالن مربوط به ناپایداریه. در ابتدا پس از solve اولیه یکبار تنش های عمودی مدلتون رو چک کنید که درست باشند. در مرحله دوم باید به خصوصیات زمین توجه کنید. در واقع جنس زمین شما احتمالن بشکلیه که بعد از حفاری تونل جابجا می شه و به تعادل نمی رسه(یعنی تونل ناپایداره). به همین دلیل، باید در مرحله دوم بجای دستور Solve، از دستور Step استفاده کنیدوتعداد Step ها رو محدود کنید. مثان ۱۰۰ تا. این تعداد در واقع نسبت مستقیم داره به مقدار جابجایی که میخاید تونل قبل از نصب نگهداری داشته باشه. خواهید دید که با افزایش تعداد Step ها، جابجایی تونل بیشتر می شه که به معنای گام بیشتر پیشروی قبل از نصب نگهداریه.

  • سلام جناب آقای مهندس
    با عرض سلام و خسته نباشید، بنده دانشجوی مهندسی ژئوتکنیک همدان هستم. می خواستم از جنابعالی تقاضای راهنمایی کنم.
    بنده در مدلی مشابه نمونه بالا که برای بررسی بلند شدگی در اثر روانگرایی از ماسه اشباع استفاده گشته در flac 2d
    می خواهم در قسمتی از مدل ژئوگرید و در قسمتی سنگ شکسته بکار ببرم، اما هر چه مطالعه کردم روش معرفی این مصالح را نیافتم.
    هرچه جستجو کردم، ,ولی فقط در flac 3d و flac slope روش و المان بکار گیری ژئوگرید وجود داشت.
    به نظر میرسد در کمتر مدلسازی از سازه های مدفون, ژئوگرید و یا سنگ شکسته بکار گرفته شده باشد.
    اگر امکان دارد بنده را راهنمایی فرمایید, که از چه المانی باید برای مدلسازی ژئوگرید در flac2d استفاده کنم؟ و با چه المان یا مدلی میتوانم سنگ شکسته را به flac2d معرفی کنم؟
    بینهایت متشکرم.

  • با سلام.
    برای مدل سازی و هدفی که شما دارید، المان مختصی در Flac 2d وجود نداره.بعید به نظر می رسه که بتدنید این مسیله رو از طریق المان های دیگه Flac مانند beam و … حل کنید و من هم جایی ندیدم اینکار رو. در ضمن اینکه اگر مدل رفتاری موهر- کلمب رو استفاد می کنید معمولا Flac چنین بلندشدگی هایی رو کمی بیش از مقدار واقعی میده که این موتونه باعث خطا بشه توی کارتون. اما در نهایت اگر مشکل المان سازه ای مورد نظرتون وجود نداشت می شد از نرم افزار در حالت روانگرایی تا حدی جواب قابل قبول گرفت. به همین دلیل من توصیه می کنم از نرم افزارهای مشابه مثل Plaxis استفاده کنید که المان های سازه ای مرتبط رو رارند. البته آشنایی کاملی با این نرم افزار ندارم که آیا می تونه روانگرایی رو هم شبیه سازی کنه یا خیر.

دیدگاه بنویسید