Comparison between Numerical and Analytical Analysis of the Dynamic Behavior of Circular Tunnels

Abstract

Dynamic behavior of underground structures is controlled by the strain field imposed by wave propagation and by the interaction between rock mass and structures. Shear and pressure waves propagating in the plane of the cross-section of the tunnel generate ground distortions, which tend to cause ovaling deformations of the lining. In this paper, the seismic response of a circular tunnel subjected respectively to shear waves and pressure waves will be analyzed both analytically and numerically at first, and then a complete 3D analysis will be given to show the overall effects on a tunnel induced by seismic events considering seismic inputs in three directions.

El comportamiento dinámico de estructuras subterráneas se controla por el campo de deformación impuesta por la propagación de ondas y por la interacción entre la masa rocosa y las estructuras. La onda de cizallamiento y la onda de presión en el plano de sección transversal del túnel generan distorsiones del terreno que tienden a causar deformaciones ovaladas del revestimiento de la estructura. En este artículo se analiza la respuesta sísmica de un túnel circular sujeto respectivamente a ondas de cizallamiento y ondas de presión tanto analítica como numéricamente. Luego se muestra un análisis tridimensional completo para mostrar los efectos generales en un túnel producidos por eventos sísmicos y donde se consideran registros en tres direcciones.