Analysis Of Topcam Tunnel Deformations By Random Set Finite Element Method

Abstract

In this study it's aimed that comparing field measurements with tunnel deformation results which are obtained by using  random set of finite element method. Topcam tunnel is located Ulubey, Ordu and this tunnel's section between 35 and 192 km is chosen for this study. Tunnel is modeled by using 2 dimension finite element method and rock parameters are defined to the model by using Mohr- Coulomb criteria. The parameters of elasticity module, cohesion, internal friction angle and relaxation factors upper and lower limit ranges are determined in two separate sets. Lab, field studies and literature knowledge is used for separating variables in two sets. The elasticity module, cohesion, internal friction angle and relaxation factor parameters of in each cluster are produced 256 combinations with Cartesian multiplied among themselves. Probability distribution graphs of deformation for 5 spots in the tunnel are established  with the help of obtained analysis results. Deformation measurements of field study and probability distribution graph results are compared for Topcam tunnel. As a result of this comparison its acquired that the probability distribution graph's maximum and minimum ranges conform with field studies.

Keywords

• Tunnel,Random Set Finite Element Method

Topçam Tüneli Deformasyonlarının Rastgele Küme Sonlu Elemanlar Yöntemi İle Hesaplanması

Öz

Bu çalışmada rastgele küme sonlu elemanlar metodu ile elde edilen tünel deformasyon sonuçlarının arazi ölçümleriyle karşılaştırılması amaçlanmıştır. Çalışma için Ordu ili Ulubey ilçesinde bulunan Topçam tüneli 35+192 km kesiti seçilmiştir. Tünel 2 boyutlu sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiş ve Mohr-Columb kriterleri kullanılarak kaya parametreleri modele tanımlanmıştır. Elastisite modülü, kohezyon, içsel sürtünme açısı ve rahatlama faktörü parametrelerinin üst ve alt limit aralıkları iki ayrı küme halinde belirlenmiştir. Değişkenleri iki kümeye ayırma işleminde laboratuvar, arazi çalışmaları ve literatür bilgisi kullanılmıştır. Her bir kümedeki elastisite modülü, kohezyon, içsel sürtünme açısı ve rahatlama faktörü değerlerinin kendi aralarında kartezyen çarpımı yapılarak 256 ayrı kombinasyon oluşturulmuştur. Elde edilen analiz sonuçlarından tüneldeki 5 nokta için deformasyonların olasılıksal dağılım grafikleri teşkil edilmiştir. Topçam tüneli için sahada yapılan deformasyon ölçümleri ile olasılıksal dağılım grafiğinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmanın sonucunda olasılıksal dağılım grafiğindeki maksimum ve minimum aralıkların saha ölçümleri ile uyumlu olduğu görülmüştür. 

Anahtar Kelimeler

• Tünel,Rastgele Küme Sonlu Elemanlar Yöntemi,Deformasyon

References

1. [1] K.K. Phoo, F.H. Kulhawy, "Characterization of geotechnical variability", Canadian Geotechnical Journal, 36(4): 612-624, 1999.
2. [2] A.P. Dempster, “ Upper and Lower probabilities induced by a multivalued mapping.” Annals of mathematical statistic, 38:325-339, 1967.
3. [3] D.G. Kendall, “ Foundations of a theory of random sets.” In stochastic geometry (eds) E.F. Harding ve D.G. Kendall New York, 1974.
4. [4] G. Shafer, “A Mathematical Theory of Evidence.”Princeton: Princeton University Press, 1976.
5. [5] D. Dubois, H. Prade, “ Random sets and fuzzy interval analysis. Fuzzy Sets and Systems”,syf: 87-101, 1991.
6. [6] G.M. Peschl, “Reliability Analysis in Geotechnics with the Random Set Element Method”,Dissertation. Graz University of Technology, 2004.
7. [7] H.F. Schweiger, G.M. Peschl, R. Pöttler, “ Application of the random set finite element method for analysing tunnel excavation.”,Georisk, 2007.
8. [8] Rocsicence “Phase2 2D finite element program for calculating stresses and estimating support around underground excavations user’s guide”, 1998.

9. [9] W.Niemeier “Statistical tests for detecting movements in repeatedly measured geodetic Networks”, Tectonophysics, 335-351, 1981.
10. [10] T.C. Ulaştırma, Denizcilik ve Haberleşme Bakanlığı-Karayolları Genel Müdürlüğü-Karayolları 7.Bölge Müdürlüğü ”Ordu-Ulubey Ayrımı Topçam Tünelleri Jeolojik, Hidrojeolojik ve mühendislik jeolojisi etüt raporu.” 2013.
11. [11] E.Hoek, “Strength of rock and rock masses.”, ISRM News Journal, 2(2),4-16, 1994.
12. [12]J.C. Jaeger, N.G. Cook, “Fundamentals of rock mechanichs.” London: Chapman and Hall, 1979.
13. [13] E. Hoek, C. Carranza-Tores, ve B. Corkum,”Hoek-Brown criterion” NARMS-TAC Conference.Toronto, 267-273, 2002.
14. [14] E. Hoek, M. Diedreicks, “Empirical Estimation of Rock Mass Modulus.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43:203-215, 2006.
15. [15] H.F. Schweiger, A. Nasekhian ve T. Marcher, “A comparison of random set and point estimate methods in finite element analysis of tunnel excavation.” Intenational symposium on geotechnical safety and risk, Almanya, 2011.
16. [16] E.H.Vanmarcke, “Random fields analysis and synthesis.” Cambridge: MIT Press, 1983.
17. [17] D.V.Griffiths, G.A.Fenton, “Influence of soil strength spatial variability on the stability of an undrained clay slope by finite elements.” Proceeding of GeoDenver, 184-193, 2000.
18. [18] S.Lacasse, F.Nadim, “Model uncertainty in pile axial capacity calculations.” Offshore technology conference, 1996.
19. [19] H.Gören, E.Tekin, S.O.Akbaş “Olasılıksal şev stabilitesi analizlerinde yerel değişkenliğin etkisi.” Taşkın ve heyelan sempozyumu, 221- 229, Trabzon, 2013.
20. [20] F.H.Kulhawy, “Finite element modelling criteria for underground openings in rock.” Mechanics and mining sciences & geomechanics abstracts, 11(12), 465-472, 1974.
21. [21] N.Vlachopoulos ve M.S. Diederichs, “ Appropriate uses and pratical limitations of 2D numerical analysis of tunnels ans tunnel support response.” Geotechnical ana geological engineering an international journal,v.31.n.6, 2014.