بررسی تاثیر بار انفجار بر مقدار عمق لازم در شناسایی‌های ژئوتکنیکی

مقتدائی, حسین; خداپرست, مهدی

doi:10.22091/cer.2022.7558.1323

بررسی تاثیر بار انفجار بر مقدار عمق لازم در شناسایی‌های ژئوتکنیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی عمران، دانشگاه قم، قم، ایران

10.22091/cer.2022.7558.1323

چکیده

در طراحی یک سازه، کسب اطلاعات لازم از رفتار خاک زیر محل احداث آن از طریق مطالعات صحرایی و آزمایشگاهی، ضروری می‌باشد. در همین راستا لازم است تا در ابتدا مقدار عمق لازم جهت حفر گمانه‌ها در شناسایی‌های ژئوتکنیکی و همچنین تشخیص تیپ زمین، تعیین شود. درنظر گرفتن بار دینامیکی انفجار به همراه دیگر بارهای وارده با توجه به احتمال گسترش روزافزون حملات نظامی، انفجار خطوط انتقال گاز و غیره از نیازهای ضروری در احداث سازه‌های امن است. بنابراین درنظر گرفتن بار دینامیکی مربوط به انفجار احتمالی در تعیین عمق گمانه‌ها ضروری به نظر می‌‌رسد. به همین منظور در این پژوهش مدلسازی عددی دو نوع خاک ماسه‌ای و رسی در شرایط خشک و اشباع با درنظر گرفتن ماده منفجره تیانتی به جرمهای 50 تا 300 کیلوگرم جهت اعمال بار انفجار در سطح و در عمق چهار ‌متری از سطح خاک انجام شده است. برای این منظور از نرم‌افزار آباکوس و روش کوپل اویلری-لاگرانژی و تحلیل سه بعدی دینامیکی غیرخطی به روش اجزا محدود، استفاده گردید. در این خصوص برای یک مطالعه موردی ابتدا مقادیر تنش‌های قائم خالص ایجاد شده در خاک تحت بار انفجار تعیین شده و سپس ضمن بدست آوردن محدوده تاثیر انفجار در هر یک از حالتهای فوق الذکر، درصد افزایش عمق گمانه‌ها با درنظر گرفتن اثر بار انفجار محاسبه گردید. مقادیر محاسبه شده برای خاک ماسه‌ای از 5 تا 92.5، برای خاک رسی از 7.5 تا 185، برای خاک ماسه‌ای اشباع از 2.5 تا 179 و برای خاک رسی اشباع از 4.5 تا 113 درصد متغیر بودند.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.2783140.1401.8.1.4.7

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of Explosive Load on the Depth Required for Geotechnical Identification

نویسندگان [English]

Hosein Moghtadaei
Mahdi Khodaparast

Department of Civil Engineering, University of Qom, Iran

چکیده [English]

The depths required for drilling in different types of soil vary according to the type of load applied. The possibility of dynamic loading from a blast during a military or terrorist attack or by exploding gas pipelines. along with other types of loading, is essential for the construction of safe structures. It is necessary to consider dynamic loading from a possible explosion when determining the depth of the boreholes. The present study numerically modeled sandy and clay soils under dry and saturated conditions that experience 50 to 300 kg of TNT explosive loading on the surface and at a depth of four meters from the soil surface. For this purpose, Abacus software, Eulerian-Lagrangian coupling, and three-dimensional nonlinear dynamic analysis using the finite element method have been used. Case studies were examined by initially determining the net vertical stress created in the soil under the blast load then, after obtaining the range of impact of the blast for each case, the percentage of increase in the borehole depth was calculated by considering the effect of the blast load. The values calculated for sandy soil was 5% to 92.5%, for clay soil was 7.5% to 185%, for saturated sandy soil was 2.5% to 179% and for saturated clay soil was 4.5% to 113%.

کلیدواژه‌ها [English]

Blast
Vertical stress
Borehole depth
Coupled eulerian-lagrangian approach

مراجع

[1] Ambrosini, D. & Luccioni, B. (2019). “Effects of underground explosions on soil and structures”. Underground Space, 1-15.

[2] Yang, G., Wang, G., Lu, W., Zhao, X., Yan, P. & Chen, M. (2018). “Numerical modelling of surface explosion effects on shallow-buried box culvert behavior during the water diversion”. Thin-Walled Structures, 133, 153-168.

[3] Wang, M. & Qiu, Y. (2017). “Similitude laws and modeling experiments of explosion cratering in multi-layered geotechnical media”. Impact engineering, 1-41.

[4] Charlie, W. A., Veyera, G. E., Durnford, D. S. & Doehring D. O. (1996). “Porewater pressure increases in soil and rock from underground chemical and nuclear explosions”. Engineering Geology, 43, 225-236.

[5] Ma, G. W., Hao, H. & Zhou Y. X. (1998). “Modeling of wave propagation induced by underground explosion”. Computers and Geotechnics, 22(3/4), 283-303.

[6] Wang, Z. & Lu, Y. (2003). “Numerical analysis on dynamic deformation mechanism of soils under blast loading”. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 23, 705-714.

[7] Wang, Z. (2004). “Numerical investigation of effects of water saturation on blast wave propagation in soil mass”. Journal of Engineering Mechanics. 551-560.

[8] Rigby, S. E., Fay, S. D., Tyas, A., Clarke, S. D., Reay, J. J., Warren, J. A., Gant. M. & Elgy, I. (2018). “Influence of particle size distribution on the blast pressure profile from explosives buried in saturated soils”. Journal of Shock Waves, 28, 613-628.

[9] Adibi, O., Azadi, A., Farhanieh, B. & Afshin, H. (2017). “A parametric study on the effects of surface explosions on buried high pressure gas pipelines”. Journal of Engineering Solid Mechanics, 5, 225-244.

[10] Chakraborty, T. (2016). “Analysis of hollow steel piles subjected to buried blast loading”. Computers and Geotechnics, 78, 194-202.

[11] Liu, H. (2012). “Soil-structure interaction and failure of cast-iron subway tunnels subjected to medium internal blast loading”. Journal of Performance of Constructed Facilities, 26, 691-701.

[12] Nagy, N., Mohamed, M. & Boot, J. C. (2010). “Nonlinear numerical modeling for the effects of surface explosions on buried reinforced concrete structures”. Geomechanics and Engineering, 2(1), 1-18.

[13] Khodaparast, M. & Moghbeli, M. (2019). “Numerical simulation of blast induced soil liquefaction”. Modern Defense Science and Technology, 11(2), 205-210.

[14] Abaqus V6.13 users guide. (2013). Providence, R1, USA: Abaqus Inc., DS SIMULIA.

[15] Chengqing, W. & Hong, H. (2005). “Numerical study of characteristics of underground blast induced surface ground motion and their effect on above-ground structures”. Part I. Ground motion characteristics. Soil Dynamic and Earthquake Engineeng, 25, 27-38.

[16] Abaqus/Explicit V6.13 user manual. (2013). Providence, R1, USA: Abaqus Inc., DS SIMULIA.

[17] Ambrosini, R, D. & Luccioni, B. M. (2006). “Craters produced by explosions on the soil surface”. Journal of Applied Mechanics, 73, 890-900.

[18] Nagy, N., Mohamed, M. & Boot, J. (2007). “Numerical Investigation of Surface Explosion Effects on Clay Soils”. 4th International Conference on Earthquake Geotechnical Engineering, 73, 41206.

[19] TM5-855-1. (1986). Fundamental of protective design for conventional weapons. US Army technical manual.

[20] Hoseini, S. H. (2017). “Passive defense considerations in the design of piles by examining the effects of explosion loading on their behavior”. Master's Thesis University of Qom.

[21] Khodaparast, M. & Hoseini, S. H. (2018). “Effect of Pile Space in Pile Group under Explosive Loading”. Modern Defense Science and Technology, 9(4), 393-404.