Analisi a Elementi Finiti dello scarico non drenato di cavità considerando uno stato di sforzo in situ anisotropo
La progettazione dei rivestimenti di gallerie richiede la risoluzione di un problema di interazione terreno-struttura, simulando sia la fase di scavo che quella di costruzione. Tuttavia, la progettazione preliminare viene solitamente effettuata mediante il metodo di convergenza-confinamento, basato sull’equilibrio degli sforzi radiali e sulla compatibilità all’interfaccia tra rivestimento e terreno. Com’è noto, questo approccio si fonda sulla definizione della cosiddetta curva caratteristica della galleria, che mette in relazione la tensione media in cavità con la convergenza. La curva caratteristica è spesso ottenuta da soluzioni analitiche, assumendo tipicamente: (i) domini di terreno infiniti, (ii) gallerie infinitamente lunghe con sezione circolare, (iii) assenza della gravità e (iv) stato di sforzo isotropo pre-scavo. Questo approccio consente di valutare soltanto le azioni assiali medie agenti sul rivestimento, ma non permette di prevedere i momenti flettenti generati dalla distorsione della galleria, associata a uno stato di tensione iniziale non uniforme e non isotropo. In questo lavoro vengono presentati i risultati di analisi numeriche agli elementi finiti riguardanti gallerie profonde, condotte in condizioni di deformazione piana e non drenate, al fine di dimostrare che: (i) la scelta del modello costitutivo influisce in modo significativo sulla risposta del sistema e (ii) l’anisotropia dello stato di sforzo iniziale porta a deformazioni non omotetiche.
Parole chiave: tunnel profondo, curva caratteristica, sforzo anisotropo, progettazione del rivestimento.
The design of tunnel linings requires the solution of a soil-structure interaction problem, simulating both excavation and construction phases. Nevertheless, the preliminary design is erformed by using the convergence-confinement method, based on the equilibrium of radial stresses and compatibility at the lining-soil interface. As is well known, this approach relies on the definition of the so-called tunnel characteristic curve, putting in relation mean cavity stress and convergence. The characteristic curve is often derived from analytical solutions, typically assuming (i) infinite ground domains, (ii) infinitely long tunnel with circular cross section, (iii) absence of gravity and (iv) pre-excavation isotropic stress state. This approach allows only to assess the average axial forces on the lining, but not to predict bending moments generated by the tunnel distortion, associated with a non uniform and non isotropic initial state of stress. In this paper finite element numerical analyses results concerning deep tunnels, considering plane strains and undrained conditions, are discussed to demonstrate that (i) the choice of the constitutive model significantly affects the system response and (ii) the anisotropy of the initial stress state leads to non-homothetic deformations.
Keywords: deep tunnel, characteristic curve, anisotropic stress, lining design.
Se vuoi essere informato sulle nostre novità editoriali, registrati alla nostra newsletter!